“Studio delle prestazioni del prototipo del rivelatore Cherenkov ad acqua dell’esperimento SWGO realizzato presso il Politecnico di Milano”

This thesis runs in the context of the SWGO (Southern Wide-field-of-view Gamma-ray Observatory) experiment. The experiment, currently in the R&D phase, will be an observatory capable of looking for sources of high-energy photons (from hundreds of GeV to hundreds of TeV). SWGO will be placed in the southern hemisphere. Thanks to its working principle, SWGO will provide a large field of view that will allow surveying a large portion of the sky. Located at a high altitude and composed of an array of water Cherenkov detectors, SWGO will be able to reconstruct the energy and the direction of gamma rays reaching Earth by measuring the passage of the particles produced by them. The study aims to probe the performances of the detector prototype of the SWGO experiment developed at the Politecnico di Milano. This detector is cylindrical in shape and has only one layer. It observes the Cherenkov light produced in the water by the particles generated in EASs (Extensive Air Showers). The response of the detector is analyzed by examining the signal produced by the photomultipliers placed inside it. The configuration under consideration involves the use of a 10" PMT at the center of the detector base, and four peripheral 8" PMTs. The study is carried out using a simulation based on GEANT4 and reproducing the response of the detector at the passage of single muons with different geometry, i.e. with different impact points and different impact angles.

Questo lavoro di tesi si è svolto nell’ambito dell’esperimento SWGO (Southern Wide-field-of-view Gamma-ray Observatory). L’esperimento, attualmente in fase di progettazione, sarà un osservatorio in grado di ricercare sorgenti di fotoni di alta energia (dal centinaio di GeV al centinaio di TeV). SWGO verrà costruito nell’emisfero australe e, grazie al suo principio di funzionamento, sarà dotato di un notevole campo di vista che gli consentirà di osservare una grande porzione di cielo. Situato ad alta quota e composto da una schiera di rivelatori Cherenkov ad acqua, SWGO sarà in grado di ricostruire energia e direzione dei raggi gamma che raggiungono la Terra misurando il passaggio delle particelle da essi prodotte. Lo scopo di questo studio è l'analisi del funzionamento del prototipo del rivelatore dell'esperimento SWGO realizzato presso il campus del Politecnico di Milano. Tale rivelatore, di forma cilindrica e ad un livello, sfrutta la luce Cherenkov prodotta in acqua dalle particelle generate nelle EASs (Extensive Air Showers). La risposta del rivelatore viene valutata esaminando il segnale prodotto dai fotomoltiplicatori posti al suo interno. La configurazione in esame prevede l’utilizzo di un fotomoltiplicatore da 10’’ al centro della base del rivelatore, e quattro fotomoltiplicatori periferici da 8’’. Lo studio viene effettuato utilizzando una simulazione basata su GEANT4 e riproducendo il comportamento del rivelatore al passaggio di singoli muoni con diversa geometria, ossia con diversi punti ed angoli di impatto.