Coded masks for imaging of neutrino events

M. Andreotti; P. Bernardini; A. Bersani; S. Bertolucci; S. Biagi; A. Branca; C. Brizzolari; G. Brunetti; I. Cagnoli; R. Calabrese; A. Caminata; A. Campani; P. Carniti; R. Cataldo; C. Cattadori; S. Cherubini; V. Cicero; M. Citterio; S. Copello; P. Cova; E. Cristaldo Morales; S. Davini; N. Delmonte; G. De Matteis; S. Di Domizio; L. Di Noto; C. Distefano; T. Giammaria; M. Guarise; A. Falcone; F. Ferraro; M. Fiorini; N. Gallice; C. Gotti; M. Guerzoni; M. A. Iliescu; G. Ingratta; M. Lazzaroni; I. Lax; G. Laurenti; A. Leaci; E. Luppi; L. Martina; N. Mauri; A. Minotti; N. Moggi; E. Montagna; A. Montanari; D. Montanino; M. Pallavicini; M. Panareo; E. G. Parozzi; L. Pasqualini; L. Patrizii; G. Pessina; F. Poppi; M. Pozzato; V. Pia; S. Riboldi; G. Riccobene; P. Sala; P. Sapienza; F. Schifano; G. Sirri; M. Spanu; L. Stanco; A. Surdo; A. Taibi; M. Tenti; F. Terranova; G. Testera; L. Tomassetti; M. Torti; N. Tosi; R. Travaglini; L. Uboldi; M. Vicenzi; A. Zani; S. Zucchelli

doi:10.1140/epjc/s10052-021-09798-y

2022 Impact factor 4.4

Particles and Fields

Open Access

Eur. Phys. J. C (2021) 81: 1011
https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-09798-y

Regular Article - Experimental Physics

Coded masks for imaging of neutrino events

M. Andreotti¹^,2, P. Bernardini³^,4, A. Bersani⁵, S. Bertolucci⁶^,7, S. Biagi⁸, A. Branca⁹^,10, C. Brizzolari⁹^,10, G. Brunetti⁹^,10, I. Cagnoli⁶^,7, R. Calabrese¹^,2, A. Caminata⁵, A. Campani⁵^,11, P. Carniti⁹^,10, R. Cataldo³, C. Cattadori¹⁰, S. Cherubini⁸, V. Cicero⁶^,7, M. Citterio¹², S. Copello⁵^,11, P. Cova¹²^,13, E. Cristaldo Morales⁹^,10, S. Davini⁵, N. Delmonte¹²^,13, G. De Matteis³^,4^,14, S. Di Domizio⁵^,11, L. Di Noto⁵^,11, C. Distefano⁸, T. Giammaria¹^,2, M. Guarise¹^,2, A. Falcone⁹^,10, F. Ferraro⁵^,18, M. Fiorini¹^,2, N. Gallice¹²^,15, C. Gotti¹⁰, M. Guerzoni⁷, M. A. Iliescu¹⁶, G. Ingratta⁶^,7, M. Lazzaroni¹²^,15, I. Lax⁷, G. Laurenti⁷, A. Leaci³^,4, E. Luppi¹^,2, L. Martina³^,4^aw, N. Mauri⁶^,7, A. Minotti¹^,2^,19, N. Moggi⁶^,7, E. Montagna⁶^,7, A. Montanari⁷, D. Montanino³^,4, M. Pallavicini⁵^,11, M. Panareo³^,4, E. G. Parozzi⁹^,10, L. Pasqualini⁶^,7, L. Patrizii⁷, G. Pessina¹⁰, F. Poppi⁶^,7, M. Pozzato⁷, V. Pia⁶^,7, S. Riboldi¹²^,15, G. Riccobene⁸, P. Sala¹², P. Sapienza⁸, F. Schifano¹^,2, G. Sirri⁷, M. Spanu⁹^,10, L. Stanco¹⁷, A. Surdo⁴, A. Taibi¹^,2, M. Tenti⁷, F. Terranova⁹^,10, G. Testera⁵, L. Tomassetti¹^,2, M. Torti⁹^,10, N. Tosi⁷, R. Travaglini⁷, L. Uboldi¹²^,15^,20, M. Vicenzi⁵^,11, A. Zani¹², S. Zucchelli⁶^,7 and (NU@FNAL Collaboration)

¹ Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra, Università di Ferrara, via G. Saragat 1, 44122, Ferrara, Italy
² Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara, via G. Saragat 1, 44122, Ferrara, Italy
³ Dipartimento di Matematica e Fisica “Ennio De Giorgi”, Università del Salento, via per Arnesano, 73100, Lecce, Italy
⁴ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Lecce, via per Arnesano, 73100, Lecce, Italy
⁵ Dipartimento di Fisica, Università di Genova, via Dodecaneso 33, 16146, Genoa, Italy
⁶ Dipartimento di Fisica, Università di Bologna, viale C. Berti Pichat 6/2, 40127, Bologna, Italy
⁷ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna, viale C. Berti Pichat 6/2, 40127, Bologna, Italy
⁸ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud, via S. Sofia 62, 95125, Catania, Italy
⁹ Università di Milano-Bicocca, Piazza della Scienza 3, 20126, Milan, Italy
¹⁰ Istituto Nazionale Fisica Nucleare, Sezione di Milano-Bicocca, Piazza della Scienza 3, 20126, Milan, Italy
¹¹ Istituto Nazionale Fisica Nucleare, Sezione di Genova, via Dodecaneso 33, 16146, Genoa, Italy
¹² Istituto Nazionale Fisica Nucleare, Sezione di Milano, via Celoria 16, 20133, Milan, Italy
¹³ Dipartimento di Ingegneria, Università di Parma, Parco Area delle Scienze 181/A, 43124, Parma, Italy
¹⁴ GNFM-INDAM, Città Universitaria, piazzale Aldo Moro 5, 00185, Rome, Italy
¹⁵ Dipartimento di Fisica, Università di Milano, via Celoria 16, 20133, Milan, Italy
¹⁶ Istituto Nazionale Fisica Nucleare, Laboratori Nazionale di Frascati, via E. Fermi 54, 00044, Frascati, Italy
¹⁷ Istituto Nazionale Fisica Nucleare, Sezione di Padova, Padua, Italy
¹⁸ Dipartimento di Fisica, Università di Milano, Milan, Italy
¹⁹ Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, Milan, Italy
²⁰ CERN, Geneva, Switzerland

^aw luigi.martina@le.infn.it

Received: 3 June 2021
Accepted: 2 November 2021
Published online: 17 November 2021

Abstract

The capture of scintillation light emitted by liquid Argon and Xenon under molecular excitations by charged particles is still a challenging task. Here we present a first attempt to design a device able to have a sufficiently high photon detection efficiency, in order to reconstruct the path of ionizing particles. The study is based on the use of masks to encode the light signal combined with single-photon detectors, showing the capability to detect tracks over focal distances of about tens of centimeters. From numerical simulations it emerges that it is possible to successfully decode and recognize signals, even of rather complex topology, with a relatively limited number of acquisition channels. Thus, the main aim is to elucidate a proof of principle of a technology developed in very different contexts, but which has potential applications in liquid argon detectors that require a fast reading. The findings support us to think that such innovative technique could be very fruitful in a new generation of detectors devoted to neutrino physics.

© The Author(s) 2021

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