Simulación de un sistema básico de detección de muones usando software libre

Abstract

Particle detectors built with plastic scintillator bars have been used in high-energy physics applications for a long time because they have a fast response to photon production, are easy to fabricate, and are inexpensive. They are generally used with light sensors, such as silicon photo-sensors (SiPM), which have been used in recent years for their high efficiency and low operating voltage, among other advantages. SiPMs are usually located at the end of the bar to collect the light and thus create an electronic output signal. The objective of this work is to simulate the light collection process, starting from when optical photons are produced by a flow of muons passing through a scintillator bar, their journey through a wavelength-shifted optical fiber, up to their detection by the SiPM. This simulation implemented in free and open source software such as GEANT4 can serve as an important guide for Latin American students who are interested in learning the physics of elementary particle detectors.

Los detectores de partículas construidos con barras centelladoras plásticas se han utilizado en aplicaciones de física de altas energías por mucho tiempo, ya que poseen una respuesta rápida a la producción de fotones, son fáciles de fabricar y son de bajo costo. Se utilizan generalmente con sensores de luz, como los foto-sensores de silicio (SiPM), los cuales se han utilizado en los últimos años por su alta eficiencia y su bajo voltaje de operación, entre otras ventajas. Generalmente, los SiPM se encuentran en un extremo de la barra para colectar la luz y de esta manera crear una señal electrónica de salida. El objetivo de este trabajo es simular el proceso de recolección de luz, partiendo desde el momento cuando los fotones ópticos son producidos por el flujo de muones atravesando una barra centelladora, su viaje a través de una fibra óptica de corrimiento de longitud de onda, hasta su detección por parte del SiPM. Esta simulación implementada en un software libre y de código abierto como lo es GEANT4 puede servir como una guía importante para estudiantes latinoamericanos que estén interesados en aprender la física de detectores de partículas elementales.