Los detectores cherenkov del observatorio Pierre Auger y su aplicación al estudio de fondos de radiación
El Observatorio Pierre Auger es actualmente el mayor y más complejo detector de rayos cósmicos. Su principal objetivo es caracterizar las propiedades de los rayos cósmicos con energías E≥ 10¹⁸ eV. Su diseño es híbrido y consta de dos sistemas de detección: el detector de Fluorescencia (FD) y el arre...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2012
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1097/1/1Asorey.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | El Observatorio Pierre Auger es actualmente el mayor y más complejo detector de rayos cósmicos. Su principal objetivo es caracterizar las propiedades de los rayos cósmicos con energías E≥ 10¹⁸ eV. Su diseño es híbrido y consta de dos sistemas de detección: el detector de Fluorescencia (FD) y el arreglo de detectores de superficie (SD); los cuales estudian de formas complementarias la interacción de los rayos cósmicos con la atmósfera para poder determinar las propiedades de las partículas incidentes.
Esta tesis se basa en el análisis de distintos tipos de datos registrados por el detector de superficie. Los trabajos que desarrollamos pueden dividirse en tres grandes grupos de aplicaciones: el estudio del funcionamiento del arreglo SD y la optimización de la reconstrucción de eventos; el diseño de nuevos experimentos; y por último al estudio de fondos de radiación.
Estudiamos la variación temporal de las señales registradas en las estaciones de SD y desarrollamos un nuevo algoritmo utilizado actualmente para determinar el correcto tiempo de inicio de las señales. Utilizamos la distribución temporal de las partículas en el frente de la lluvia para corregir un efecto geométrico que introduce diferencias importantes en la reconstrucción angular de eventos de baja multiplicidad logrando una mejora global en la resolución angular de casi 1o para los eventos de bajas energías. Determinamos una nueva parametrización de la pendiente de una de las funciones de distribución lateral de la señal más utilizada en Auger, lo que introdujo mejoras notables en la reconstrucción de la energía de los eventos. Asimismo, este tipo de análisis fue desarrollado para optimizar los parámetros de un trigger de calidad que podría usarse a energías E≥10¹⁹‚⁶ eV, lo cual nos permitió además encontrar el único evento híbrido de más de 10²º eV.
Desarrollamos, mejoramos y optimizamos un método que permite determinar la probabilidad de disparo de un detector individual del arreglo SD como función de la señal esperada y encontramos que la saturación de la aceptancia al 99% de probabilidad se alcanza a una energía de (2,3±0,1)x10¹⁸ eV.
Dado que es posible adaptar y aplicar las técnicas desarrolladas en el Observatorio Auger para el diseño de extensiones y nuevos arreglos de superficie, hemos determinado que por ejemplo, la energía de saturación del arreglo Infill de AMIGA es (2,0±0,6)x10¹⁷ eV. También desarrollamos un método para calcular por primera vez su exposición y evaluamos el impacto de un nuevo sistema de comunicaciones entre los detectores. Encontramos que la exposición total integrada del Infill entre el 01/Ene/2008 y el 31/Ago/2011 es de 35,1km2 sr año para eventos con ángulo cenital hasta 60o. Este resultado fue utilizado para calcular el primer espectro de energía realizado con el arreglo Infill en la región 10¹⁷‚⁵< (E=eV) < 10¹⁸,⁵.
En esta tesis también desarrollamos la propuesta AugerMAX, destinada a aumentar la exposición a energías más altas a un costo relativamente bajo. Utilizando las herramientas desarrolladas para el arreglo SD, encontramos que la relocalización de sólo 337 estaciones, actualmente ubicadas en una región de 1000km2 en la zona noreste del arreglo SD, permite obtener un nuevo arreglo de superficie de 3000km2 con las estaciones dispuestas en una grilla triangular de 2400 m. Este nuevo arreglo alcanzaría el 99% de saturación de la aceptancia a energías de 3x10¹⁹ eV. Por su parte, determinamos también la aceptancia de los tres arreglos propuestos para el arreglo de Auger Norte, con una energía de saturación de (1,3±0,07)x10¹⁹ eV para el arreglo cuadrado de 1 milla de lado.
Por otra parte, a partir de la saturación de las señales, y extrapolando los posibles modelos de aceleración de las fuentes, estimamos la fracción esperable de eventos saturados en el arreglo SD, y lo utilizamos para determinar que el rango dinámico debería ser de al menos 21 bits (comparado con los 15 del arreglo SD) en futuras extensiones como el arreglo AugerMAX y los arreglos de Auger Norte.
Finalmente, en esta tesis utilizamos de forma novedosa los datos de los scalers y los histogramas de calibración del Observatorio Auger para el estudio de los fondos de radiación, implementando de esta forma los llamados modos de baja energía del Observatorio. En particular, encontramos efectos debidos a la modulación solar en el flujo de rayos cósmicos galácticos. Esto pudo comprobarse a partir de la correlación entre nuestras observaciones y las realizadas en la red global de monitores de neutrones y con los datos registrados a bordo de la sonda ACE. Con nuestros datos pudimos estudiar eventos
heliosféricos transitorios, como por ejemplo la observación de decrecimientos Forbush y fenómenos relacionados. Con el fin de caracterizar los modos de baja energía, realizamos simulaciones de lluvias atmosféricas extendidas del espectro de todos los rayos cósmicos en el rango 10 GeV≤ E ≤1 PeV. Nuestro trabajo permite extender las capacidades del Observatorio Auger más allá de su diseño original. Con la liberación de los datos de baja energía, logramos incorporar al Observatorio en la red global de detectores de radiación dedicados al estudio de la climatología espacial.
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