Análisis de eventos atípicos detectados durante tormentas eléctricas en el observatorio Pierre Auger .

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El detector de superficie del Observatorio Pierre Auger ha sido originalmente diseñado para estudiar las cascadas extendidas de partículas producidas por rayos cósmicos de ultra alta energía. Sin embargo se encontraron también eventos extraños que difieren en la escala temporal de las señales, en...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Purrello, Víctor H.
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2014
Materias:
Física atmosférica
Lightning
Rayos
[Pierre Auger Observatory
Observatorio Pierre Auger
Thunderstorm
Tormenta
Rayos eléctricos]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/487/1/Purrello.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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description El detector de superficie del Observatorio Pierre Auger ha sido originalmente diseñado para estudiar las cascadas extendidas de partículas producidas por rayos cósmicos de ultra alta energía. Sin embargo se encontraron también eventos extraños que difieren en la escala temporal de las señales, en la distribución espacial de los detectores involucrados y que además registraron señales producidas por rayos en algunas estaciones. El fenómeno es observado en anillos de detectores con señales que duran ~ 10 μs mientras que los rayos cósmicos usualmente ocurren en ~ 0,1 μs. En el presente trabajo se han estudiado estos eventos con el fin de caracterizarlos y encontrar posibles correlaciones con tormentas eléctricas. Se desarrolló un algoritmo de búsqueda con el que se encontraron 34 eventos y en estos se analizó la forma de las señales, la propagación y la energía depositada. Se encontró que muchas de las señales, independientemente de su magnitud, se podían describir con una forma genérica. Se definieron así diferentes clases de eventos, según si correspondían o no a esa geometría estándar. Para las que sí lo hacían se estableció la evolución del ancho de las señales en función de su amplitud. Se realizaron ajustes empleando una fuente puntual y una propagación esférica de las señales, a la velocidad de la luz. De esa manera se obtuvieron buenos acuerdos entre los valores medidos y los ajustados, y se pudieron definir tiempos de inicio de los eventos con precisión de microsegundos. Estos fueron usados para buscar coincidencias con rayos detectados por la World Wide Lightning Location Network (WWLLN) a partir del 2009. Así se encontraron coincidencias a nivel de microsegundos para 2 eventos estudiados y de milisegundos para 2 eventos diferentes, de entre 10 que se pudieron considerar. También se realizaron ajustes para la energía depositada en los eventos, usando una función exponencial. Se vio que la nube de puntos presentaba una gran dispersión y al graficar la desviación del ajuste en función de la posición, se concluyó que los fenómenos no eran isotrópicos. Además se obtuvieron longitudes de atenuación que correspondían a electrones de entre 200MeV y 1 GeV o fotones de a partir de 10MeV. Estos últimos serían compatibles con los observados en Terrestrial Gamma-ray Flashes (TGFs) pero aún es necesario un modelo que explique la aceleración de las partículas de la nube hacia el suelo para poder contrastar.
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En el presente trabajo se han estudiado estos eventos con el fin de caracterizarlos y encontrar posibles correlaciones con tormentas eléctricas. Se desarrolló un algoritmo de búsqueda con el que se encontraron 34 eventos y en estos se analizó la forma de las señales, la propagación y la energía depositada. Se encontró que muchas de las señales, independientemente de su magnitud, se podían describir con una forma genérica. Se definieron así diferentes clases de eventos, según si correspondían o no a esa geometría estándar. Para las que sí lo hacían se estableció la evolución del ancho de las señales en función de su amplitud. Se realizaron ajustes empleando una fuente puntual y una propagación esférica de las señales, a la velocidad de la luz. De esa manera se obtuvieron buenos acuerdos entre los valores medidos y los ajustados, y se pudieron definir tiempos de inicio de los eventos con precisión de microsegundos. Estos fueron usados para buscar coincidencias con rayos detectados por la World Wide Lightning Location Network (WWLLN) a partir del 2009. Así se encontraron coincidencias a nivel de microsegundos para 2 eventos estudiados y de milisegundos para 2 eventos diferentes, de entre 10 que se pudieron considerar. También se realizaron ajustes para la energía depositada en los eventos, usando una función exponencial. Se vio que la nube de puntos presentaba una gran dispersión y al graficar la desviación del ajuste en función de la posición, se concluyó que los fenómenos no eran isotrópicos. Además se obtuvieron longitudes de atenuación que correspondían a electrones de entre 200MeV y 1 GeV o fotones de a partir de 10MeV. Estos últimos serían compatibles con los observados en Terrestrial Gamma-ray Flashes (TGFs) pero aún es necesario un modelo que explique la aceleración de las partículas de la nube hacia el suelo para poder contrastar. The surface detector at the Pierre Auger Observatory has been originally designed to detect extended air showers caused by ultra high energy cosmic rays. We have also found some strange events that differ in the time-scale and the spacial distribution of the detectors involved, and that have lightning induced signals in some stations. The phenomena observed is found in a large amount of detectors placed in ring shapes with signals lasting ~ 10 μs while a cosmic ray usually occurs in ~ 0.1 μs. In the present work we have studied these events to characterize them and to find a possible correlation with thunderstorms. We have developed a search algorithm and we have found 34 events in which we have analyzed the general shape of the signals, the propagation and the deposited energy. We have found that some of the signals had a certain relation between its amplitude and energy, which we used to define a group of “standard” events with the ones geometrically alike. Among them we also found correlation in the evolution of width versus energy. We have done fits using a point source and a spherical propagation of the signals, at the speed of light. It showed good agreement between the measured values and the fitted ones, and it provided a way to define the beginning time of the events at microsecond precision. Using it, we searched for coincidences with lightnings reported by the World Wide Lightning Location Network (WWLLN) since 2009. We have found 2 coincidences on microsecond scale for the studied events and 2 on millisecond scale for different ones, among 10 events that happened since 2009. We have made also deposited energy fits using an exponential function. The cloud of points is sparse, and plotting the ratio between the data and the fitted values, we found an anisotropy in the deposited energy. From the fits, we also got attenuation lengths that are compatible with 200–1000MeV electrons or > 10MeV photons. The last ones are in the same energy range than the photons in Terrestrial Gamma-ray Flashes (TGFs) but a model explaining the cloud-to-ground acceleration is still needed to be more conclusive. 2014-12-17 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/487/1/Purrello.pdf es Purrello, Víctor H. (2014) Análisis de eventos atípicos detectados durante tormentas eléctricas en el observatorio Pierre Auger . / Study of strange events detected during thunderstorms in the Pierre Auger Observatory. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/487/

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