Estudo sobre as interações de hádrons nos módulos de superfície e adjacências, do Observatório Pierre Auger
Marcio Aparecido Muller
TESE
Português
(Broch.)
T/UNICAMP M914e
[Study about hadron interactions in the surface modules and surroundings, at the Pierre Auger Observatory]
Campinas, SP : [s.n.], 2007.
114 p. : il.
Orientador: Jose Augusto Chinellato
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin
Resumo: Este projeto contribui para a caracterização do sinal da passagem da frente de um Chuveiro Atmosferico Extenso no Detector de Superficie do Observatório Pierre Auger. Usando uma simulação do módulo básico do Detector de Superfície, que é um tanque Cherenkov, foi realizado um estudo do sinal...
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Resumo: Este projeto contribui para a caracterização do sinal da passagem da frente de um Chuveiro Atmosferico Extenso no Detector de Superficie do Observatório Pierre Auger. Usando uma simulação do módulo básico do Detector de Superfície, que é um tanque Cherenkov, foi realizado um estudo do sinal depositado para cada tipo de partícula da frente do Chuveiro Atmosférico Extenso, individualmente, e depois da razão entre os sinais provenientes da componente hadrônica e das componentes comumente consideradas (componente eletromagnética + componente muônica) para alguns casos. Foram injetadas no tanque, individualmente, as partículas que ocorrem num Chuveiro Atmosférico Extenso, com valores discretos de energia no intervalo de eV até 10 TeV . Com isso, obtivemos "curvas resposta" do detector para cada partícula - essas curvas são equivalentes a distribuições de probabilidade para o número de fótons coletados (fótons que efetivamente geraram sinal nas fotomultiplicadoras) no tanque Cherenkov. Do conjunto de valores discretos de "curvas resposta", obtivemos, por interpolação, expressões gerais cobrindo toda a faixa de energia acima citada, ou seja, obtivemos uma parametrização geral do sinal (ainda preliminar, com pequenas melhorias numéricas a serem feitas), para qualquer partícula e a qualquer energia. Segundo testes já feitos, tal parametrização deve implicar em economia de tempo de processamento da ordem de milhares de vezes, o que será útil para futuros cálculos no projeto Auger. Partindo de chuveiros simulados na atmosfera através do software Corsika e usando a parametrização geral acima citada, obtivemos a razão da contribuição dos hádrons com relação 'as demais componentes da frente do chuveiro, nas condições do Observatório, ou seja, nas faixas de energia acima de 10 18 eV , para diferentes primários e na geometria típica do Observatório Pierre Auger. Conhecendo tais fatores, poderemos contribuir para uma calibração do sinal, de modo a poder corrigir a estimativa da energia do primário do chuveiro, que entra no cálculo do uxo de raios cósmicos primários. Esse é um item de bastante interesse na área. Nos cálculos deste trabalho, adicionamos ao tratamento tradicional das interações hadrônicas, o regime de baixas energias do Geant4. No nosso caso, merecem atenção especial as interações de nêutrons, principalmente porque o alvo considerado além dos tanques Cherenkov do Observatório inclui uma camada de solo abaixo deles, onde os nêutrons podem dar contribuição significativa. Dado que o sinal dos tanques é usado em várias condições de "trigger" para a determinação da energia do primário, teremos condições de computar a contribuição dos hádrons (principalmente nêutrons), com seu sinal e suas flutuações, para as incertezas nessa energia. Estamos contribuindo para um objetivo básico do Observatório Pierre Auger, que é estimar a energia do raio cósmico primário no topo da atmosfera
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Abstract: This project contributes to the effort of characterizing the passage of Extensive Air Shower fronts through the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory. Using a Geant4 simulation of the Cherenkov tank that is basic module of the SD, we performed a study on the electronic signal...
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Abstract: This project contributes to the effort of characterizing the passage of Extensive Air Shower fronts through the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory. Using a Geant4 simulation of the Cherenkov tank that is basic module of the SD, we performed a study on the electronic signal for each kind of shower particle individually at first, and then on the signal ratio between hadronic and electromagnetic + muonic component, for some cases. The particles that occur in a Extensive Air Shower were injected into the tank individually, with discrete energy values in the range eV up to 10 TeV , with randomly distributed coordinates. Thus we obtain, for each particle "response curves" which works equivalent as a the probability distribution for the number of collected photons (these photons generated a signal in the photo-multipliers). From the set of discrete samples of "response curves", we obtain, by interpolation, general expressions that cover the entire range of energies - i.e., we obtain sets of parameters of the signal (still preliminary, with small numerical improvements to be made), for any particle, at any energy in the above mentioned range. According to tests, this parametrization results in a remarkable improvement to the CPU time - the simulation turns out to be some thousand times faster than the extensive calculation. This will be usefull for future calculations in the Auger project. Starting from Corsika simulated air showers, using the parametrization above mentioned, we obtain the mentioned ratio of the signal (hadronic to eletromagnetic + muonic component), range energy above 10 18 eV , for different primaries. Since the contribution of hadrons (signal plus uctuations) is, in general not taken into account in shower reconstruction, this study can contribute to a better characterization of the signal in the tank and thus to the estimate of shower primary energy. In our calculations, we added to the commonly used treatment of hadronic interactions, the low energy regime of Geant4. In particular, neutrons deserve special treatment, mainly because in addition to the Cherenkov tank itself, we considered another target, which is a soil layer under the tank - where neutrons can make significant contribution to the signal. Including the hadron contribution (signal and uctuations) to the whole tank signal, under different trigger conditions, we will be able to contribute to a better estimation of primary energy, mainly for its uctuations. We are contributing to a basic goal of the Observatory, which is to estimate the energy of the primary cosmic ray at the top of the atmosphere and thus the primary ux
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Chinellato, José Augusto, 1950-
Orientador
Anjos, João Carlos Costa dos
Avaliador
Oliveira, Luiz Carlos Santos de
Avaliador
Shibuya, Edison Hiroyuki, 1944-
Avaliador
Kemp, Ernesto, 1965-
Avaliador
Estudo sobre as interações de hádrons nos módulos de superfície e adjacências, do Observatório Pierre Auger
Marcio Aparecido Muller
Estudo sobre as interações de hádrons nos módulos de superfície e adjacências, do Observatório Pierre Auger
Marcio Aparecido Muller
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