Scintillation light detection in the 6-m drift-length ProtoDUNE Dual Phase liquid argon TPC
Authors: Abud A. Abed , Abi B. , Acciarri R. , Acero M. A. , Adames M. R. , Adamov G. , Adamowski M. , Adams D. , Adinolfi M. , Aduszkiewicz A. , Aguilar J. , Ahmad Z. , Ahmed J. , Aimard B. , Ali-Mohammadzadeh B. , Alion T. , Allison K. , Monsalve S. Alonso , AlRashed M. , Alt C. , Alton A. , Alvarez R. , Amedo P. , Anderson J. , Andreopoulos C. , Andreotti M. , Andrews M. , Andrianala F. , Andringa S. , Anfimov N. , Ankowski A. , Antoniassi M. , Antonova M. , Antoshkin A. , Antusch S. , Aranda-Fernandez A. , Arellano L. , Arnold L. O. , Arroyave M. A. , Asaadi J. , Asquith L. , Aurisano A. , Aushev V. , Autiero D. , Lara V. Ayala , Ayala-Torres M. , Azfar F. , Back A. , Back H. , Back J. J. , Backhouse C. , Bagaturia I. , Bagby L. , Balashov N. , Balasubramanian S. , Baldi P. , Baller B. , Bambah B. , Barao F. , Barenboim G. , Alzas P. Barham , Barker G. , Barkhouse W. , Barnes C. , Barr G. , Monarca J. Barranco , Barros A. , Barros N. , Barrow J. L. , Basharina-Freshville A. , Bashyal A. , Basque V. , Batchelor C. , Chagas E. Batista das , Battat J. B. R. , Battisti F. , Bay F. , Bazetto M. C. Q. , Alba J. L. L. Bazo , Beacom J. F. , Bechetoille E. , Behera B. , Beigbeder C. , Bellantoni L. , Bellettini G. , Bellini V. , Beltramello O. , Benekos N. , Montiel C. Benitez , Neves F. Bento , Berger J. , Berkman S. , Bernardini P. , Berner R. M. , Bersani A. , Bertolucci S. , Betancourt M. , Rodríguez A. Betancur , Bevan A. , Bezawada Y. , Bezerra T. J. C. , Bhardwaj A. , Bhatnagar V. , Bhattacharjee M. , Bhattarai D. , Bhuller S. , Bhuyan B. , Biagi S. , Bian J. , Biassoni M. , Biery K. , Bilki B. , Bishai M. , Bitadze A. , Blake A. , Blaszczyk F. , Blazey G. C. , Blucher E. , Boissevain J. , Bolognesi S. , Bolton T. , Bomben L. , Bonesini M. , Bongrand M. , Bonilla-Diaz C. , Bonini F. , Booth A. , Boran F. , Bordoni S. , Borkum A. , Bostan N. , Bour P. , Bourgeois C. , Boyden D. , Bracinik J. , Braga D. , Brailsford D. , Branca A. , Brandt A. , Bremer J. , Breton D. , Brew C. , Brice S. J. , Brizzolari C. , Bromberg C. , Brooke J. , Bross A. , Brunetti G. , Brunetti M. , Buchanan N. , Budd H. , Butorov I. , Cagnoli I. , Cai T. , Caiulo D. , Calabrese R. , Calafiura P. , Calcutt J. , Calin M. , Calvez S. , Calvo E. , Caminata A. , Campanelli M. , Caratelli D. , Carber D. , Carceller J. C. , Carini G. , Carlus B. , Carneiro M. F. , Carniti P. , Terrazas I. Caro , Carranza H. , Carroll T. , Forero J. F. Castaño , Castillo A. , Castromonte C. , Catano-Mur E. , Cattadori C. , Cavalier F. , Cavallaro G. , Cavanna F. , Centro S. , Cerati G. , Cervelli A. , Villanueva A. Cervera , Chalifour M. , Chappell A. , Chardonnet E. , Charitonidis N. , Chatterjee A. , Chattopadhyay S. , Neyra M. S. S. Chavarry , Chen H. , Chen M. , Chen Y. , Chen Z. , Chen-Wishart Z. , Cheon Y. , Cherdack D. , Chi C. , Childress S. , Chirco R. , Chiriacescu A. , Chisnall G. , Cho K. , Choate S. , Chokheli D. , Chong P. S. , Christensen A. , Christian D. , Christodoulou G. , Chukanov A. , Chung M. , Church E. , Cicero V. , Clarke P. , Cline G. , Coan T. E. , Cocco A. G. , Coelho J. A. B. , Colton N. , Conley E. , Conley R. , Conrad J. , Convery M. , Copello S. , Cova P. , Cremaldi L. , Cremonesi L. , Crespo-Anadón J. I. , Crisler M. , Cristaldo E. , Crnkovic J. , Cross R. , Cudd A. , Cuesta C. , Cui Y. , Cussans D. , Dalager O. , da Motta H. , Da Silva Peres L. , David C. , David Q. , Davies G. S. , Davini S. , Dawson J. , De K. , De S. , Debbins P. , De Bonis I. , Decowski M. P. , De Gouvêa A. , De Holanda P. C. , De Icaza Astiz I. L. , Deisting A. , De Jong P. , Delbart A. , Delepine D. , Delgado M. , Dell’Acqua A. , Delmonte N. , De Lurgio P. , de Mello Neto J. R. T. , DeMuth D. M. , Dennis S. , Densham C. , Deptuch G. W. , De Roeck A. , De Romeri V. , De Souza G. , Devi R. , Dharmapalan R. , Dias M. , Diaz F. , Díaz J. S. , Domizio S. Di , Giulio L. Di , Ding P. , Noto L. Di , Dirkx G. , Distefano C. , Diurba R. , Diwan M. , Djurcic Z. , Doering D. , Dolan S. , Dolek F. , Dolinski M. , Domine L. , Donon Y. , Douglas D. , Douillet D. , Dragone A. , Drake G. , Drielsma F. , Duarte L. , Duchesneau D. , Duffy K. , Dunne P. , Dutta B. , Duyang H. , Dvornikov O. , Dwyer D. , Dyshkant A. , Eads M. , Earle A. , Edmunds D. , Eisch J. , Emberger L. , Emery S. , Englezos P. , Ereditato A. , Erjavec T. , Escobar C. , Eurin G. , Evans J. J. , Ewart E. , Ezeribe A. C. , Fahey K. , Falcone A. , Fani’ M. , Farnese C. , Farzan Y. , Fedoseev D. , Felix J. , Feng Y. , Fernandez-Martinez E. , Menendez P. Fernandez , Morales M. Fernandez , Ferraro F. , Fields L. , Filip P. , Filthaut F. , Fiorini M. , Fischer V. , Fitzpatrick R. S. , Flanagan W. , Fleming B. , Flight R. , Fogarty S. , Foreman W. , Fowler J. , Fox W. , Franc J. , Francis K. , Franco D. , Freeman J. , Freestone J. , Fried J. , Friedland A. , Robayo F. Fuentes , Fuess S. , Furic I. K. , Furman K. , Furmanski A. P. , Gabrielli A. , Gago A. , Gallagher H. , Gallas A. , Gallego-Ros A. , Gallice N. , Galymov V. , Gamberini E. , Gamble T. , Ganacim F. , Gandhi R. , Gandrajula R. , Gao F. , Gao S. , Garcia-Gamez D. , García-Peris M. Á. , Gardiner S. , Gastler D. , Gauvreau J. , Ge G. , Geffroy N. , Gelli B. , Gendotti A. , Gent S. , Ghorbani-Moghaddam Z. , Giammaria P. , Giammaria T. , Giangiacomi N. , Gibin D. , Gil-Botella I. , Gilligan S. , Girerd C. , Giri A. K. , Gnani D. , Gogota O. , Gold M. , Gollapinni S. , Gollwitzer K. , Gomes R. A. , Bermeo L. V. Gomez , Fajardo L. S. Gomez , Gonnella F. , Gonzalez-Diaz D. , Gonzalez-Lopez M. , Goodman M. C. , Goodwin O. , Goswami S. , Gotti C. , Goudzovski E. , Grace C. , Gran R. , Granados E. , Granger P. , Grant A. , Grant C. , Gratieri D. , Green P. , Greenler L. , Greer J. , Grenard J. , Griffith W. C. , Groh M. , Grudzinski J. , Grzelak K. , Gu W. , Guardincerri E. , Guarino V. , Guarise M. , Guenette R. , Guerard E. , Guerzoni M. , Guffanti D. , Guglielmi A. , Guo B. , Gupta A. , Gupta V. , Guthikonda K. K. , Gutierrez R. , Guzowski P. , Guzzo M. M. , Gwon S. , Ha C. , Haaf K. , Habig A. , Hadavand H. , Haenni R. , Hahn A. , Haiston J. , Hamacher-Baumann P. , Hamernik T. , Hamilton P. , Han J. , Harris D. A. , Hartnell J. , Hartnett T. , Harton J. , Hasegawa T. , Hasnip C. , Hatcher R. , Hatfield K. W. , Hatzikoutelis A. , Hayes C. , Hayrapetyan K. , Hays J. , Hazen E. , He M. , Heavey A. , Heeger K. M. , Heise J. , Henry S. , Morquecho M. A. Hernandez , Herner K. , Hewes J. , Hilgenberg C. , Hill T. , Hillier S. J. , Himmel A. , Hinkle E. , Hirsch L. R. , Ho J. , Hoff J. , Holin A. , Hoppe E. , Horton-Smith G. A. , Hostert M. , Hourlier A. , Howard B. , Howell R. , Hoyos J. , Hristova I. , Hronek M. S. , Huang J. , Hulcher Z. , Iles G. , Ilic N. , Iliescu A. M. , Illingworth R. , Ingratta G. , Ioannisian A. , Irwin B. , Isenhower L. , Itay R. , Jackson C. M. , Jain V. , James E. , Jang W. , Jargowsky B. , Jediny F. , Jena D. , Jeong Y. S. , Jesús-Valls C. , Ji X. , Jiang L. , Jiménez S. , Jipa A. , Johnson R. , Johnson W. , Johnston N. , Jones B. , Jones S. , Judah M. , Jung C. K. , Junk T. , Jwa Y. , Kabirnezhad M. , Kaboth A. , Kadenko I. , Kakorin I. , Kalitkina A. , Kalra D. , Kamiya F. , Kaneshige N. , Kaplan D. M. , Karagiorgi G. , Karaman G. , Karcher A. , Karolak M. , Karyotakis Y. , Kasai S. , Kasetti S. P. , Kashur L. , Kazaryan N. , Kearns E. , Keener P. , Kelly K. J. , Kemp E. , Kemularia O. , Ketchum W. , Kettell S. H. , Khabibullin M. , Khotjantsev A. , Khvedelidze A. , Kim D. , King B. , Kirby B. , Kirby M. , Klein J. , Klustova A. , Kobilarcik T. , Koehler K. , Koerner L. W. , Koh D. H. , Kohn S. , Koller P. P. , Kolupaeva L. , Korablev D. , Kordosky M. , Kosc T. , Kose U. , Kostelecký V. A. , Kothekar K. , Kralik R. , Kreczko L. , Krennrich F. , Kreslo I. , Kropp W. , Kroupova T. , Kubota S. , Kudenko Y. , Kudryavtsev V. A. , Kulagin S. , Kumar J. , Kumar P. , Kunze P. , Kurita N. , Kuruppu C. , Kus V. , Kutter T. , Kvasnicka J. , Kwak D. , Lambert A. , Land B. , Lane C. E. , Lang K. , Langford T. , Langstaff M. , Larkin J. , Lasorak P. , Last D. , Laundrie A. , Laurenti G. , Lawrence A. , Lazanu I. , LaZur R. , Lazzaroni M. , Le T. , Leardini S. , Learned J. , LeBrun P. , LeCompte T. , Lee C. , Lee S. Y. , Miotto G. Lehmann , Lehnert R. , de Oliveira M. A. Leigui , Leitner M. , Lepin L. M. , Li S. W. , Li Y. , Liao H. , Lin C. S. , Lin Q. , Lin S. , Lineros R. A. , Ling J. , Lister A. , Littlejohn B. R. , Liu J. , Liu Y. , Lockwitz S. , Loew T. , Lokajicek M. , Lomidze I. , Long K. , Lord T. , LoSecco J. M. , Louis W. C. , Lu X.-G. , Luk K. B. , Lunday B. , Luo X. , Luppi E. , Lux T. , Luzio V. P. , Maalmi J. , MacFarlane D. , Machado A. A. , Machado P. , Macias C. T. , Macier J. R. , Maddalena A. , Madera A. , Madigan P. , Magill S. , Mahn K. , Maio A. , Major A. , Maloney J. A. , Mandrioli G. , Mandujano R. C. , Maneira J. , Manenti L. , Manly S. , Mann A. , Manolopoulos K. , Plata M. Manrique , Manyam V. N. , Manzanillas L. , Marchan M. , Marchionni A. , Marciano W. , Marfatia D. , Mariani C. , Maricic J. , Marie R. , Marinho F. , Marino A. D. , Marsden D. , Marshak M. , Marshall C. , Marshall J. , Marteau J. , Martín-Albo J. , Martinez N. , Caicedo D. A. Martinez , Miravé P. Martínez , Martynenko S. , Mascagna V. , Mason K. , Mastbaum A. , Matichard F. , Matsuno S. , Matthews J. , Mauger C. , Mauri N. , Mavrokoridis K. , Mawby I. , Mazza R. , Mazzacane A. , Mazzucato E. , McAskill T. , McCluskey E. , McConkey N. , McFarland K. S. , McGrew C. , McNab A. , Mefodiev A. , Mehta P. , Melas P. , Mena O. , Mendez H. , Mendez P. , Méndez D. P. , Menegolli A. , Meng G. , Messier M. D. , Metcalf W. , Mettler T. , Mewes M. , Meyer H. , Miao T. , Michna G. , Miedema T. , Mikola V. , Milincic R. , Miller G. , Miller W. , Mills J. , Mineev O. , Minotti A. , Miranda O. G. , Miryala S. , Mishra C. S. , Mishra S. R. , Mislivec A. , Mitchell M. , Mladenov D. , Mocioiu I. , Moffat K. , Moggi N. , Mohanta R. , Mohayai T. A. , Mokhov N. , Molina J. , Bueno L. Molina , Montagna E. , Montanari A. , Montanari C. , Montanari D. , Zetina L. M. Montañno , Moon S. H. , Mooney M. , Moor A. F. , Moreno D. , Moretti D. , Morris C. , Mossey C. , Mote M. , Motuk E. , Moura C. A. , Mousseau J. , Mouster G. , Mu W. , Mualem L. , Mueller J. , Muether M. , Mufson S. , Muheim F. , Muir A. , Mulhearn M. , Munford D. , Muramatsu H. , Murphy S. , Musser J. , Nachtman J. , Nagu S. , Nalbandyan M. , Nandakumar R. , Naples D. , Narita S. , Nath A. , Navrer-Agasson A. , Nayak N. , Nebot-Guinot M. , Negishi K. , Nelson J. K. , Nesbit J. , Nessi M. , Newbold D. , Newcomer M. , Newton H. , Nichol R. , Nicolas-Arnaldos F. , Nikolica A. , Niner E. , Nishimura K. , Norman A. , Norrick A. , Northrop R. , Novella P. , Nowak J. A. , Oberling M. , Ochoa-Ricoux J. , Olivier A. , Olshevskiy A. , Onel Y. , Onishchuk Y. , Ott J. , Pagani L. , Palacio G. , Palamara O. , Palestini S. , Paley J. M. , Pallavicini M. , Palomares C. , Vazquez W. Panduro , Pantic E. , Paolone V. , Papadimitriou V. , Papaleo R. , Papanestis A. , Paramesvaran S. , Parke S. , Parozzi E. , Parsa Z. , Parvu M. , Pascoli S. , Pasqualini L. , Pasternak J. , Pater J. , Patrick C. , Patrizii L. , Patterson R. B. , Patton S. J. , Patzak T. , Paudel A. , Paulos B. , Paulucci L. , Pavlovic Z. , Pawloski G. , Payne D. , Pec V. , Peeters S. J. M. , Perez A. Pena , Pennacchio E. , Penzo A. , Peres O. L. G. , Perry J. , Pershey D. , Pessina G. , Petrillo G. , Petta C. , Petti R. , Pia V. , Piastra F. , Pickering L. , Pietropaolo F. , Pimentel V. L. , Pinaroli G. , Plows K. , Plunkett R. , Poling R. , Pompa F. , Pons X. , Poonthottathil N. , Poppi F. , Pordes S. , Porter J. , Potekhin M. , Potenza R. , Potukuchi B. V. K. S. , Pozimski J. , Pozzato M. , Prakash S. , Prakash T. , Prest M. , Prince S. , Psihas F. , Pugnere D. , Qian X. , Raaf J. L. , Radeka V. , Rademacker J. , Radics B. , Rafique A. , Raguzin E. , Rai M. , Rajaoalisoa M. , Rakhno I. , Rakotonandrasana A. , Rakotondravohitra L. , Rameika R. , Delgado M. A. Ramirez , Ramson B. , Rappoldi A. , Raselli G. , Ratoff P. , Raut S. , Razakamiandra R. F. , Rea E. M. , Real J. S. , Rebel B. , Rechenmacher R. , Reggiani-Guzzo M. , Reichenbacher J. , Reitzner S. D. , Sfar H. Rejeb , Renshaw A. , Rescia S. , Resnati F. , Ribas M. , Riboldi S. , Riccio C. , Riccobene G. , Rice L. C. J. , Ricol J. S. , Rigamonti A. , Rigaut Y. , Rincón E. V. , Ritchie-Yates H. , Rivera D. , Robert A. , Rochester L. , Roda M. , Rodrigues P. , Alonso M. J. Rodriguez , Bonilla E. Rodriguez , Rondon J. Rodriguez , Rosauro-Alcaraz S. , Rosenberg M. , Rosier P. , Roskovec B. , Rossella M. , Rossi M. , Rout J. , Roy P. , Rubbia A. , Rubbia C. , Russell B. , Ruterbories D. , Rybnikov A. , Saa-Hernandez A. , Saakyan R. , Sacerdoti S. , Safford T. , Sahu N. , Sakashita K. , Sala P. , Samios N. , Samoylov O. , Sanchez M. C. , Sandberg V. , Sanders D. A. , Sankey D. , Santana S. , Santos-Maldonado M. , Saoulidou N. , Sapienza P. , Sarasty C. , Sarcevic I. , Savage G. , Savinov V. , Scaramelli A. , Scarff A. , Scarpelli A. , Schefke T. , Schellman H. , Schifano S. , Schlabach P. , Schmitz D. , Schneider A. W. , Scholberg K. , Schukraft A. , Segreto E. , Selyunin A. , Senise C. R. , Sensenig J. , Sergi A. , Sgalaberna D. , Shaevitz M. H. , Shafaq S. , Shaker F. , Shamma M. , Sharankova R. , Sharma H. R. , Sharma R. , Sharma R. K. , Shaw T. , Shchablo K. , Shepherd-Themistocleous C. , Sheshukov A. , Shin S. , Shoemaker I. , Shooltz D. , Shrock R. , Siegel H. , Simard L. , Sinclair J. , Sinev G. , Singh J. , Singh J. , Singh L. , Singh P. , Singh V. , Sipos R. , Sippach F. W. , Sirri G. , Sitraka A. , Siyeon K. , Skarpaas K. , Smith A. , Smith E. , Smith P. , Smolik J. , Smy M. , Snider E. , Snopok P. , Snowden-Ifft D. , Nunes M. Soares , Sobel H. , Soderberg M. , Sokolov S. , Salinas C. J. Solano , Söldner-Rembold S. , Soleti S. R. , Solomey N. , Solovov V. , Sondheim W. E. , Sorel M. , Sotnikov A. , Soto-Oton J. , Ugaldi F. A. Soto , Sousa A. , Soustruznik K. , Spagliardi F. , Spanu M. , Spitz J. , Spooner N. J. C. , Spurgeon K. , Stancari M. , Stanco L. , Stanford C. , Stein R. , Steiner H. M. , Lisbôa A. F. Steklain , Stewart J. , Stillwell B. , Stock J. , Stocker F. , Stokes T. , Strait M. , Strauss T. , Strigari L. , Stuart A. , Suarez J. G. , Sunción J. M. Suárez , Sullivan H. , Summers D. , Surdo A. , Susic V. , Suter L. , Sutera C. M. , Svoboda R. , Szczerbinska B. , Szelc A. M. , Tanaka H. , Tang S. , Tapia A. , Oregui B. Tapia , Tapper A. , Tariq S. , Tarpara E. , Tata N. , Tatar E. , Tayloe R. , Teklu A. M. , Tennessen P. , Tenti M. , Terao K. , Ternes C. A. , Terranova F. , Testera G. , Thakore T. , Thea A. , Thompson J. L. , Thorn C. , Timm S. C. , Tishchenko V. , Tomassetti L. , Tonazzo A. , Torbunov D. , Torti M. , Tortola M. , Tortorici F. , Tosi N. , Totani D. , Toups M. , Touramanis C. , Travaglini R. , Trevor J. , Trilov S. , Trzaska W. H. , Tsai Y. , Tsai Y.-T. , Tsamalaidze Z. , Tsang K. V. , Tsverava N. , Tufanli S. , Tull C. , Tyley E. , Tzanov M. , Uboldi L. , Uchida M. A. , Urheim J. , Usher T. , Uzunyan S. , Vagins M. R. , Vahle P. , Valder S. , Valdiviesso G. D. A. , Valencia E. , Valentim R. , Vallari Z. , Vallazza E. , Valle J. W. F. , Vallecorsa S. , Berg R. Van , de Water R. G. Van , Forero D. Vanegas , Vannerom D. , Varanini F. , Oliva D. Vargas , Varner G. , Vasel J. , Vasina S. , Vasseur G. , Vaughan N. , Vaziri K. , Ventura S. , Verdugo A. , Vergani S. , Vermeulen M. A. , Verzocchi M. , Vicenzi M. , de Souza H. Vieira , Vignoli C. , Vilela C. , Viren B. , Vrba T. , Wachala T. , Waldron A. V. , Wallbank M. , Wallis C. , Wang H. , Wang J. , Wang L. , Wang M. H. L. S. , Wang X. , Wang Y. , Wang Y. , Warburton K. , Warner D. , Wascko M. O. , Waters D. , Watson A. , Wawrowska K. , Weatherly P. , Weber A. , Weber M. , Wei H. , Weinstein A. , Wenman D. , Wetstein M. , White A. , Whitehead L. H. , Whittington D. , Wilking M. J. , Wilkinson A. , Wilkinson C. , Williams Z. , Wilson F. , Wilson R. J. , Wisniewski W. , Wolcott J. , Wongjirad T. , Wood A. , Wood K. , Worcester E. , Worcester M. , Wresilo K. , Wret C. , Wu W. , Wu W. , Xiao Y. , Xie F. , Yaeggy B. , Yandel E. , Yang G. , Yang K. , Yang T. , Yankelevich A. , Yershov N. , Yonehara K. , Yoon Y. S. , Young T. , Yu B. , Yu H. , Yu H. , Yu J. , Yu Y. , Yuan W. , Zaki R. , Zalesak J. , Zambelli L. , Zamorano B. , Zani A. , Zazueta L. , Zeller G. P. , Zennamo J. , Zeug K. , Zhang C. , Zhang S. , Zhang Y. , Zhao M. , Zhivun E. , Zhu G. , Zimmerman E. D. , Zucchelli S. , Zuklin J. , Zutshi V. , Zwaska R. ,   DUNE Collaboration
Published: July 2022

DUNE is a dual-site experiment for long-baseline neutrino oscillation studies, neutrino astrophysics and nucleon decay searches. ProtoDUNE Dual Phase (DP) is a 6 $$\times $$
×
 6 $$\times $$
×
 6 m$$^3$$

3

liquid argon time-projection-chamber (LArTPC) that recorded cosmic-muon data at the CERN Neutrino Platform in 2019–2020 as a prototype of the DUNE Far Detector. Charged particles propagating through the LArTPC produce ionization and scintillation light. The scintillation light signal in these detectors can provide the trigger for non-beam events. In addition, it adds precise timing capabilities and improves the calorimetry measurements. In ProtoDUNE-DP, scintillation and electroluminescence light produced by cosmic muons in the LArTPC is collected by photomultiplier tubes placed up to 7 m away from the ionizing track. In this paper, the ProtoDUNE-DP photon detection system performance is evaluated with a particular focus on the different wavelength shifters, such as PEN and TPB, and the use of Xe-doped LAr, considering its future use in giant LArTPCs. The scintillation light production and propagation processes are analyzed and a comparison of simulation to data is performed, improving understanding of the liquid argon properties.