Gesualdi, Flavia (2017) Determinación de la escala de energía del observatorio Pierre Auger con detectores de centelleo. / Determination of the energy scale of the Pierre Auger observatory using scintillator detectors. Trabajo Especial Física, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
El Observatorio Pierre Auger es el mas grande sistema de deteccion de rayos cosmicos de la actualidad. Su diseño hibrido consta de telescopios de fluorescencia y detectores Cherenkov (WCD). Existen tambien algunas estaciones prototipo del Upgrade del Observatorio que incorporan detectores de centelleo (SSD) sobre los WCD. En este trabajo se llevo a cabo un analisis completo de las señales de las estaciones prototipo. Ası se demostro su utilidad en el estudio de fondos de radiacion y en la determinacion de una escala de energıa. Calibrando las estaciones prototipo, se encontro un ruido de baja frecuencia en la electronica UUB. Se analizo exhaustivamente su efecto en los histogramas de calibracion. Ademas, se corrigio un desplazamiento hacia señales positivas de los histogramas de carga. Se desarroll o un algoritmo para el calculo de las señales, delimitando la region de integracion y definiendo una lınea de base variable dentro de cada traza. Se estudio la tasa de conteo de muones y electrones que se calculo a partir de los histogramas de carga de los SSD; fue necesaria una correccion barometrica. La tasa corregida mostro depender de las tensiones umbral de los fototubos del WCD debido a que el SSD trabaja en modo esclavo. De todas maneras, se observo la variacion de la tasa corregida debido a un decrecimiento Forbush, validando la calibracion de los SSD y mostrando su utilidad para analisis de fısica solar. Utilizando las mediciones a bajas energ´ıas de los WCD estandar y de los SSD prototipo, y con un metodo basado en el modelo de la Universalidad, se determino una escala de energıa del Observatorio y una correccion al numero de muones de la Universalidad. Primero se reconstruyeron los eventos utilizando las señales de los WCD. Con los parametros de la reconstruccion, se predijo la señal en todos los detectores a traves del modelo de la Universalidad. Se aplicaron posibles factores correctivos en energıa y numero de muones, cambiando las señales predichas. Se construyo un estimador que fuese mınimo cuando el acuerdo entre señales medidas y predichas en ambos detectores fuese optimo simultaneamente. Del analisis se concluyo que la extrapolacion a bajas energıas del numero de muones de la Universalidad deberıa ser incrementada en 17 %. La escala de energıa de la Universalidad resulto compatible con la determinada por fluorescencia. Los resultados de este trabajo ponen en evidencia la utilidad de los detectores de centelleo en la determinacion de la escala de energia del Observatorio Pierre Auger.
Resumen en inglés
The Pierre Auger Observatory is the largest cosmic ray observatory as of today. Its hybrid design consists of a combination of fluorescence telescopes and Cherenkov detectors (WCD). Some prototype stations of the Observatory Upgrade also incorporate scintillation detectors (SSD) on top of the WCD. In this work, a complete analysis of the signals of the prototype stations was performed and applied to the study of radiation backgrounds and to the determination of an energy scale. When calibrating the prototype stations, a low frequency noise was found in the UUB electronics. Its effect on the calibration histograms was thoroughly analyzed. In addition, a shift to positive signals in the charge histograms was corrected. An algorithm was developed to calculate the signals, delimiting the integration region and defining a variable baseline within each trace. A muon and electron count rate was calculated from the SSD charge histograms; it was necessary to perform a barometric correction. The corrected count rate showed a dependance on the threshold values of the phototubes of the WCD, due to the SSD working in slave mode. Nevertheless, a Forbush decrease was observed through the variation of the corrected count rate, validating the SSD calibration and showing its utility for solar physics analysis. Using the measurements at low energies of the standard WCD and the prototype SSD, and with a Universality based method, an energy scale of the Observatory and a correction to the muon number from the Universality were determined. First, the events were reconstructed using the WCD signals. With the parameters of the reconstruction, the Universality predicted signal was calculated for all the detectors. Possible corrective factors in energy and muon number were applied, changing the predicted signals. An estimator was constructed, which was minimum when the best agreement between measured and predicted signals was reached in both detectors simultaneously. From this analysis, it was concluded that the extrapolation to low energies of the muon number of Universality should be increased by 17%. The energy scale of the Universality model was found to be compatible with the fluorescence energy scale. This work demonstrates the possibility of using scintillation detectors in the determination of the energy scale of the Pierre Auger Observatory.
| Tipo de objeto: | Tesis (Trabajo Especial Física) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Calibration; Calibración; Scintillations; Centelleos; [Energy scale; Escala energía; Comic rays; Rayos cósmicos] |
| Referencias: | [1] Steinmaurer, R. Recuerdos de V. F. Hess, descubrimiento de los rayos c´osmicos, y los primeros a˜nos de funcionamiento del laboratorio Hafelekar, p´ag. 17–31. Springer, 1985. URL http://physik.uibk.ac.at/hephy/Hess/Steinmaurer.html. 1 [2] J´anossy, L., Lovell, A. C. B. Nature of extensive cosmic ray showers. Nature, 142, 716, 1938. URL http://dx.doi.org/10.1038/142716a0. 1 [3] NYTimes. On its centenary, celebrating a ride that advanced physics, August 2012. URL http://www.nytimes.com/2012/08/07/science/space/ when-victor-hess-discovered-cosmic-rays-in-a-hydrogen-balloon.html. 2 [4] Letessier-Selvon, A., Stanev, T. Ultrahigh energy cosmic rays. Reviews of modern physics, 83 (3), 907, 2011. 3 [5] Grieder, P. Extensive Air Showers: High Energy Phenomena and Astrophysical Aspects A Tutorial, Reference Manual and Data Book, tomo 1. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. URL http://gen.lib.rus.ec/book/index.php?md5= F72AE0B86EA0C84B9B5574635D2D49D5. 2, 5, 11, 37 [6] Krause, M., Bretz, H.-P., Classen, L., Holler, M., H¨utten, M., Raab, S., et al. High energy astroparticle physics for high school students. PoS, ICRC2015, 304, 2016. [34,304(2015)]. 5 [7] Veberic, D. Auger array, October 2015. URL http://www-f9.ijs.si/~darko/ auger/auger-array/auger_array-jpg/. 8 [8] Abraham, J., et al. The Fluorescence Detector of the Pierre Auger Observatory. Nucl. Instrum. Meth., A620, 227–251, 2010. 10 [9] De Souza, V. Measurements of the depth of maximum of air-shower profiles at the Pierre Auger Observatory and their composition implications, 2017. 10, 52, 53 [10] Asorey, H. Los detectores Cherenkov del Observatorio Pierre Auger y su aplicaci´on al estudio de fondos de radiaci´on. Tesis Doctoral, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro, Bariloche, 2005. 11, 14, 15, 16, 48 [11] Olive, K. A., et al. Review of Particle Physics. Chin. Phys., C38, 090001, 2014. 11 [12] Aab, A., et al. Augerprime progress report november 2017. Inf. t´ec., The Pierre Auger Collaboration, November 2017. 12, 14 [13] Hamamatsu photonics: Photomultiplier tubes, basics and applications, 2007. URL https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/PMT_handbook_v3aE. pdf. 13, 29 [14] Vargas, B., Galicia, J. F. V. Calculation of the magnetic rigidity cutoff and the asymptotic cone of acceptance for the site of the Pierre Auger Observatory in Malarg¨ue, Argentina. 10, 249, 2011. 35, 45 [15] Barber, K. B. Low Energy Cosmic Ray Anisotropies Observed using the Pierre Auger Observatory. Tesis Doctoral, School of Chemistry and Physics, University of Adelaide, 2014. 40, 46 [16] Philips, T. Spaceweather.com time machine: Major x-class solar flare, September 2017. URL http://spaceweather.com/archive.php?view=1&day=06&month= 09&year=2017. 43, 44 [17] Ave, M., Engel, R., Gonzalez, J., Maris, I. C., Maurel, D., Roth, M. Number of muons from auger data, 2011. GAP2011-090. 48, 60 [18] Grieder, P. Extensive Air Showers: High Energy Phenomena and Astrophysical Aspects A Tutorial, Reference Manual and Data Book, tomo 2. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. URL http://gen.lib.rus.ec/book/index.php?md5= F72AE0B86EA0C84B9B5574635D2D49D5. 50 [19] Bertou, X. Thoughts for a new year: the universality. a new paradigm in auger?, January 2013. GAP2013-002. 51 |
| Materias: | Física > Astropartículas |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Sistemas complejos y altas energías > Partículas y campos |
| Código ID: | 676 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 28 May 2018 14:03 |
| Última Modificación: | 28 May 2018 14:03 |
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