Design, construction and operation of the ProtoDUNE-SP Liquid Argon TPC
Authors: Abed Abud A. , Abi B. , Acciarri R. , Acero M.A. , Adames M.R. , Adamov G. , Adams D. , Adinolfi M. , Aduszkiewicz A. , Aguilar J. , Ahmad Z. , Ahmed J. , Ali-Mohammadzadeh B. , Alion T. , Allison K. , Alonso Monsalve S. , Alrashed M. , Alt C. , Alton A. , Amedo P. , Anderson J. , Andreopoulos C. , Andreotti M. , Andrews M.P. , Andrianala F. , Andringa S. , Anfimov N. , Ankowski A. , Antoniassi M. , Antonova M. , Antoshkin A. , Antusch S. , Aranda-Fernandez A. , Ariga A. , Arnold L.O. , Arroyave M.A. , Asaadi J. , Asquith L. , Aurisano A. , Aushev V. , Autiero D. , Ayala-Torres M. , Azfar F. , Back A. , Back H. , Back J.J. , Backhouse C. , Baesso P. , Bagaturia I. , Bagby L. , Balashov N. , Balasubramanian S. , Baldi P. , Baller B. , Bambah B. , Barao F. , Barenboim G. , Barker G.J. , Barkhouse W. , Barnes C. , Barr G. , Barranco Monarca J. , Barros A. , Barros N. , Barrow J.L. , Basharina-Freshville A. , Bashyal A. , Basque V. , Belchior E. , Battat J.B.R. , Battisti F. , Bay F. , Bazo Alba J.L. , Beacom J.F. , Bechetoille E. , Behera B. , Bellantoni L. , Bellettini G. , Bellini V. , Beltramello O. , Belver D. , Benekos N. , Benitez Montiel C. , Bento Neves F. , Berger J. , Berkman S. , Bernardini P. , Berner R.M. , Berns H. , Bertolucci S. , Betancourt M. , Betancur Rodríguez A. , Bevan A. , Bezerra T.J.C. , Bhattacharjee M. , Bhuller S. , Bhuyan B. , Biagi S. , Bian J. , Biassoni M. , Biery K. , Bilki B. , Bishai M. , Bitadze A. , Blake A. , Blaszczyk F.D.M. , Blazey G.C. , Blucher E. , Boissevain J. , Bolognesi S. , Bolton T. , Bomben L. , Bonesini M. , Bongrand M. , Bonini F. , Booth A. , Booth C. , Boran F. , Bordoni S. , Borkum A. , Boschi T. , Bostan N. , Bour P. , Bourgeois C. , Boyd S.B. , Boyden D. , Bracinik J. , Braga D. , Brailsford D. , Branca A. , Brandt A. , Bremer J. , Brew C. , Brianne E. , Brice S.J. , Brizzolari C. , Bromberg C. , Brooijmans G. , Brooke J. , Bross A. , Brunetti G. , Brunetti M. , Buchanan N. , Budd H. , Butorov I. , Cagnoli I. , Caiulo D. , Calabrese R. , Calafiura P. , Calcutt J. , Calin M. , Calvez S. , Calvo E. , Caminata A. , Campanelli M. , Cankocak K. , Caratelli D. , Carini G. , Carlus B. , Carneiro M.F. , Carniti P. , Caro Terrazas I. , Carranza H. , Carroll T. , Casta J.F. , Castillo A. , Castromonte C. , Catano-Mur E. , Cattadori C. , Cavalier F. , Cavanna F. , Centro S. , Cerati G. , Cervelli A. , Cervera Villanueva A. , Chalifour M. , Chappell A. , Chardonnet E. , Charitonidis N. , Chatterjee A. , Chattopadhyay S. , Chen H. , Chen K. , Chen M. , Chen Y. , Chen Z. , Cheon Y. , Cherdack D. , Chi C. , Childress S. , Chiriacescu A. , Chisnall G. , Cho K. , Choate S. , Chokheli D. , Chong P.S. , Choubey S. , Christensen A. , Christian D. , Christodoulou G. , Chukanov A. , Chung M. , Church E. , Cicero V. , Clarke P. , Coan T.E. , Cocco A.G. , Coelho J.A.B. , Conley E. , Conley R. , Conrad J.M. , Convery M. , Copello S. , Corwin L. , Valentim R. , Cremaldi L. , Cremonesi L. , Crespo-Anadón J.I. , Crisler M. , Cristaldo E. , Cross R. , Cudd A. , Cuesta C. , Cui Y. , Cussans D. , Dabrowski M. , Dalager O. , da Motta H. , Da Silva Peres L. , David C. , David Q. , Davies G.S. , Davini S. , Dawson J. , De K. , De Almeida R.M. , 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. , 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. , Di Domizio S. , Di Giulio L. , Ding P. , Di Noto L. , Distefano C. , Diurba R. , Diwan M. , Djurcic Z. , Doering D. , Dolan S. , Dolek F. , Dolinski M.J. , Domine L. , Douglas D. , Douillet D. , Drake G. , Drielsma F. , Duarte L. , Duchesneau D. , Duffy K. , Dunne P. , Durkin T. , Duyang H. , Dvornikov O. , Dwyer D.A. , Dyshkant A.S. , Eads M. , Earle A. , Edmunds D. , Eisch J. , Emberger L. , Emery S. , Ereditato A. , Erjavec T. , Escobar C.O. , 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. , Fernandez Menendez P. , Fernandez Morales M. , Ferraro F. , Fields L. , Filip P. , Filthaut F. , Fiorentini A. , Fiorini M. , Fitzpatrick R.S. , Flanagan W. , Fleming B. , Flight R. , Forero D.V. , Fowler J. , Fox W. , Franc J. , Francis K. , Franco D. , Freeman J. , Freestone J. , Fried J. , Friedland A. , Fuentes Robayo F. , Fuess S. , Furic I. , 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 B. A.C. , Garcia-Gamez D. , García-Peris M.Á. , Gardiner S. , Gastler D. , Gauvreau J. , Ge G. , Gelli B. , Gendotti A. , Gent S. , Ghorbani-Moghaddam Z. , Giammaria P. , Giammaria T. , 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. , Gomez Bermeo L.V. , Gomez Fajardo L.S. , Gonnella F. , Gonzalez-Cuevas J.A. , Gonzalez Diaz D. , Gonzalez-Lopez M. , Goodman M.C. , Goodwin O. , Goswami S. , Gotti C. , Goudzovski E. , Grace C. , Graham M. , 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. , Guglielmi A. , Guo B. , Guthikonda K.K. , Gutierrez R. , Guzowski P. , Guzzo M.M. , Gwon S. , Ha C. , Habig A. , Hadavand H. , Haenni R. , Hahn A. , Haiston J. , Hamacher-Baumann P. , Hamernik T. , Hamilton P. , Han J. , Harris D.A. , Hartnell J. , 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. , Hennessy K. , Henry S. , Hernandez Morquecho M.A. , Herner K. , Hertel L. , Hewes J. , Higuera A. , Hill T. , Hillier S.J. , Himmel A. , Hirsch L.R. , Ho J. , Hoff J. , Holin A. , Hoppe E. , Horton-Smith G.A. , Hostert M. , Hourlier A. , Howard B. , Howell R. , Hristova I. , Hronek M.S. , Huang J. , Huang J. , Hugon J. , Iles G. , Ilic N. , Iliescu A.M. , Illingworth R. , Ingratta G. , Ioannisian A. , Isenhower L. , Itay R. , Izmaylov A. , 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. , Johnston N. , Jones B. , Jones S.B. , Judah M. , Jung C.K. , Junk T. , Jwa Y. , Kabirnezhad M. , Kaboth A. , Kadenko I. , Kalra D. , Kakorin I. , Kalitkina A. , Kamiya F. , Kaneshige N. , 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. , Koehler K. , Koerner L.W. , Kohn S. , Koller P.P. , Kolupaeva L. , Korablev D. , Kordosky M. , Kosc T. , Kose U. , Kostelecký V.A. , Kothekar K. , Krennrich F. , Kreslo I. , Kropp W. , Kudenko Y. , Kudryavtsev V.A. , Kulagin S. , Kumar J. , Kumar P. , Kunze P. , Kuruppu C. , Kus V. , Kutter T. , Kvasnicka J. , Kwak D. , Lambert A. , Land B.J. , Lande K. , Lane C.E. , Lang K. , Langford T. , Langstaff M. , Larkin J. , Lasorak P. , Last D. , Lastoria C. , 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. , Lehmann Miotto G. , Lehnert R. , Leigui de Oliveira M.A. , Leitner M. , Lepin L.M. , Li L. , Li S.W. , Li T. , Li Y. , Liao H. , Lin C.S. , Lin Q. , Lin S. , Ling J. , Lister A. , Littlejohn B.R. , Liu J. , Lockwitz S. , Loew T. , Lokajicek M. , Lomidze I. , Long K. , Loo K. , Lord T. , LoSecco J.M. , Louis W.C. , Lu X.-G. , Luk K.B. , Luo X. , Luppi E. , Lurkin N. , Lux T. , Luzio V.P. , 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. , Manrique Plata M. , 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.M. , Marshall J. , Marteau J. , Martin-Albo J. , Martinez N. , Martinez Caicedo D.A. , Martynenko S. , Mascagna V. , Mason K. , Mastbaum A. , Masud M. , 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. , Menary S. , Mendez H. , Mendez P. , M 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. , Milne C. , Mineev O. , Miranda O.G. , Miryala S. , Mishra C.S. , Mishra S.R. , Mislivec A. , Mladenov D. , Mocioiu I. , Moffat K. , Moggi N. , Mohanta R. , Mohayai T.A. , Mokhov N. , Molina J. , Molina Bueno L. , Montagna E. , Montanari A. , Montanari C. , Montanari D. , Montano Zetina L.M. , Moon J. , Moon S.H. , Mooney M. , Moor A.F. , Moreno D. , Morris C. , Mossey C. , 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. , Navas-Nicolás D. , Navrer-Agasson A. , Nayak N. , Nebot-Guinot M. , Negishi K. , Nelson J.K. , Nesbit J. , Nessi M. , Newbold D. , Newcomer M. , Newhart D. , Newton H. , Nichol R. , Nicolas-Arnaldos F. , Niner E. , Nishimura K. , Norman A. , Norrick A. , Northrop R. , Novella P. , Nowak J.A. , Oberling M. , Ochoa-Ricoux J.P. , Olivares Del Campo A. , Olivier A. , Olshevskiy A. , Onel Y. , Onishchuk Y. , Ott J. , Pagani L. , Pakvasa S. , Palacio G. , Palamara O. , Palestini S. , Paley J.M. , Pallavicini M. , Palomares C. , Palomino-Gallo J.L. , Panduro Vazquez W. , 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. , Pennacchio E. , Penzo A. , Peres O.L.G. , Perry J. , Pershey D. , Pessina G. , Petrillo G. , Petta C. , Petti R. , Piastra F. , Pickering L. , Pietropaolo F. , Plunkett R. , Poling R. , 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. , Queiroga Bazetto M.C. , Raaf J.L. , Radeka V. , Rademacker J. , Radics B. , Rafique A. , Raguzin E. , Rai M. , Rajaoalisoa M. , Rakhno I. , Rakotonandrasana A. , Rakotondravohitra L. , Ramachers Y.A. , Rameika R. , Ramirez Delgado M.A. , Ramson B. , Rappoldi A. , Raselli G. , Ratoff P. , Raut S. , Razakamiandra R.F. , Rea E. , Real J.S. , Rebel B. , Reggiani-Guzzo M. , Rehak T. , Reichenbacher J. , Reitzner S.D. , Rejeb Sfar H. , Renshaw A. , Rescia S. , Resnati F. , Reynolds A. , Ribas M. , Riboldi S. , Riccio C. , Riccobene G. , Rice L.C.J. , Ricol J. , Rigamonti A. , Rigaut Y. , Rivera D. , Robert A. , Rochester L. , Roda M. , Rodrigues P. , Rodriguez Alonso M.J. , Rodriguez Bonilla E. , Rodriguez Rondon J. , Romo Villa L.A. , Rosauro-Alcaraz S. , Rosenberg M. , Rosier P. , Roskovec B. , Rossella M. , Rossi M. , Rout J. , Roy P. , Roy S. , Rubbia A. , Rubbia C. , Rubio F.C. , Russell B. , Ruterbories D. , Rybnikov A. , Saa-Hernandez A. , Saakyan R. , Sacerdoti S. , Safford T. , Sahu N. , 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. , Schaffer T. , Schellman H. , Schifano S. , Schlabach P. , Schmitz D. , Scholberg K. , Schukraft A. , Segreto E. , Selyunin A. , Senise C.R. , Sensenig J. , Seoane M. , Seong I. , Sergi A. , Sgalaberna D. , Shaevitz M.H. , Shafaq S. , Shamma M. , Sharankova R. , Sharma H.R. , Sharma R. , Kumar R. , Shaw T. , Shepherd-Themistocleous C. , Sheshukov A. , Shin S. , Shoemaker I. , Shooltz D. , Shrock R. , Siegel H. , Simard L. , Simon F. , Simos N. , Sinclair J. , Sinev G. , Singh J. , Singh J. , Singh L. , 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.L. , Snopok P. , Snowden-Ifft D. , Soares Nunes M. , Sobel H. , Soderberg M. , Sokolov S. , Solano Salinas C.J. , Söldner-Rembold S. , Soleti S.R. , Solomey N. , Solovov V. , Sondheim W.E. , Sorel M. , Sotnikov A. , Soto-Oton J. , Sousa A. , Soustruznik K. , Spagliardi F. , Spanu M. , Spitz J. , Spooner N.J.C. , Spurgeon K. , Staley R. , Stancari M. , Stanco L. , Stanley R. , Stein R. , Steiner H.M. , Steklain Lisbôa A.F. , Stewart J. , Stillwell B. , Stock J. , Stocker F. , Stokes T. , Strait M. , Strauss T. , Striganov S. , Stuart A. , Suarez J.G. , Sullivan H. , Summers D. , Surdo A. , Susic V. , Suter L. , Sutera C.M. , Svoboda R. , Szczerbinska B. , Szelc A.M. , A. Tanaka H. , Tapia Oregui B. , Tapper A. , Tariq S. , Tatar E. , Tayloe R. , Teklu A.M. , 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. , Todd J. , 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. , Valdiviesso G.A. , Valencia E. , Pia V. , Vallari Z. , Vallazza E. , Valle J.W.F. , Vallecorsa S. , Van Berg R. , Van de Water R.G. , Varanini F. , Vargas D. , 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. , Vieira de Souza H. , 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 Y. , Wang Y. , Warburton K. , Warner D. , Wascko M.O. , Waters D. , Watson A. , 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 C. , Williams Z. , Wilson F. , Wilson R.J. , Wisniewski W. , Wolcott J. , Wongjirad T. , Wood A. , Wood K. , Worcester E. , Worcester M. , Wret C. , Wu W. , Wu W. , Xiao Y. , Xie F. , Yandel E. , Yang G. , Yang K. , Yang S. , Yang T. , Yankelevich A. , Yershov N. , Yonehara K. , Young T. , Yu B. , Yu H. , Yu H. , Yu J. , Yuan W. , Zaki R. , Zalesak J. , Zambelli L. , Zamorano B. , Zani A. , Zazueta L. , Zeller G.P. , Zennamo J. , Zeug K. , Zhang C. , Zhao M. , Zhivun E. , Zhu G. , Zilberman P. , Zimmerman E.D. , Zito M. , Zucchelli S. , Zuklin J. , Zutshi V. , Zwaska R. 
Published: January 2022

Abstract
The ProtoDUNE-SP detector is a single-phase liquid argon
time projection chamber (LArTPC) that was constructed and operated
in the CERN North Area at the end of the H4 beamline. This detector
is a prototype for the first far detector module of the Deep
Underground Neutrino Experiment (DUNE), which will be constructed at
the Sandford Underground Research Facility (SURF) in Lead, South
Dakota, U.S.A. The ProtoDUNE-SP detector incorporates full-size
components as designed for DUNE and has an active volume of
7 × 6 × 7.2 m3. The H4 beam delivers incident
particles with well-measured momenta and high-purity particle
identification. ProtoDUNE-SP's successful operation between 2018 and
2020 demonstrates the effectiveness of the single-phase far detector
design. This paper describes the design, construction, assembly and
operation of the detector components.