Orientadores: José Augusto Chinellato, Márcio Aparecido Müller

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin

Resumo: O Observatório Pierre Auger foi construído para detectar raios cósmicos de altas energias. Um dos principais objetivos das pesquisas realizadas pelo Observatório Auger, é o estudo da composição de massa dos raios cósmicos primários. O conteúdo muônico dos chuveiros atmosféricos extensos,...

Resumo: O Observatório Pierre Auger foi construído para detectar raios cósmicos de altas energias. Um dos principais objetivos das pesquisas realizadas pelo Observatório Auger, é o estudo da composição de massa dos raios cósmicos primários. O conteúdo muônico dos chuveiros atmosféricos extensos, produzidos a partir das interações dessas partículas primárias no alto da atmosfera, é um dos parâmetros mais sensíveis para o estudo da composição de massa. Ao nível do solo, as partículas detectadas com os 1600 tanques Cherenkov, que constituem o detector de superfície do Observatório, são essencialmente uma mistura de fótons, elétrons e pósitrons, que formam a componente eletromagnética; e os múons da componente muônica dos chuveiros extensos. A contribuição relativa dessas componentes depende do estágio de desenvolvimento do chuveiro e da distância radial ao eixo do mesmo. Nas regiões mais afastadas do eixo do chuveiro, num determinado estagio de seu desenvolvimento, um chuveiro iniciado por um núcleo de ferro, pode sob as mesmas condições que um chuveiro com primário de próton, induzir até 40% mais múons. Um dos métodos possíveis para estimar a contribuição muônica é o uso da estrutura temporal do sinal Cherenkov no detector de superfície. Esses sinais digitalizados em FADCs, mostram que múons induzem picos de sinais acima de um contínuo eletromagnético formado de pequenos picos. De forma que essa estrutura de sinal característica das componentes dependem da distância radial ao eixo do chuveiro. Esse trabalho tem como objetivo contribuir para a identificação e discriminação das componentes muônicas e eletromagnética dos chuveiros, a partir de um desenvolvimento matemático sobre o método de análise ¿Muon Jump¿. O método de jumps é baseado nas estruturais temporais dos sinais das componentes registrados pelos tanques Cherenkov do Observatório Auger e digitalizados em unidades FADCs. Usando essa característica estrutura temporal dos sinais, poderemos estimar o sinal de cada componente, definindo filtros de separação nas distribuições temporais dos sinais das frentes dos chuveiros e nas distribuições das derivadas desses sinais. Partindo dos diferentes sinais depositados por múons e partículas eletromagnéticas nos tanques Cherenkov, fizemos um estudo de contaminação desse sinal muônico pela componente eletromagnética, de forma individual e em frentes de chuveiros atmosféricos. Com isso, definimos o conceito de um filtro a ser aplicado nas distribuições de sinais, que nos permitisse separar de forma eficiente os sinais produzidos pelas partículas

Abstract: The Pierre Auger Observatory was built to detect high-energy cosmic rays. Studies of the mass composition of the highest energy cosmic rays is a major focus of research developed by the Pierre Auger Observatory. The muon content of the extensive air showers produced from the interactions...

Abstract: The Pierre Auger Observatory was built to detect high-energy cosmic rays. Studies of the mass composition of the highest energy cosmic rays is a major focus of research developed by the Pierre Auger Observatory. The muon content of the extensive air showers produced from the interactions of these primary particles with the atmosphere, is one of the most sensitive parameters to the mass composition. At the ground level, the detected particles by the Surface Detector of the Auger Observatory consists of 1660 water-Cherenkov detectors, are essentially a mixture of photons, electrons and positrons, the electromagnetic component, and muons, the muonic component. The relative contribution of these components depends on the stage developmental stage and on the radial distance of the showers. Far enough from the shower axis at a given development stage, a shower initiated by a iron primary may induce up to 40% more muons than a proton primary under the same conditions. The time structure of the Cherenkov signal profile in the surface detectors of particles reaching ground is used to estimate the muonic contribution. The Cherenkov signals are digitized as FADCs traces, and show that muons induce peaks signal above a continuous electromagnetic formed of small peaks. So this characteristic structure of the muonic and eletromagnetic peaks depend on the radial distance from the shower axis. The goals of my work is to contribute to the identification and discrimination of the eletromagnetic and muonic components, from a mathematical model to apply filters in the signal distributions of the particles. This method is based on the Jump method. Using the detailed time structure of signs, we can estimate the sign of each component, defining a set of separation filters to make an efficient selection of the muonic signal. The different signals deposited by muons and electromagnetic particles in Cherenkov tanks, allowed us to study the electromagnetic contamination in individual muonic signals and in the showers fronts