El Detector de Fluorescencia del Observatorio Pierre Auger: Reconstrucción de lluvias de partículas, análisis de los primeros datos y extensión híbrida del detector de fluorescencia a energías ≤ 1018 eV - Melo, Diego Gabriel
El observatorio Pierre Auger es en la actualidad el detector de rayos cósmicos más grande del mundo. Su técnica de detección híbrida combina un detector de superficie y un detector de fluorescencia atmosférica. El detector de superficie (SD) consiste de 1600 detectores de partículas de radiación Cherenkov distribuidos en un área de 3000 km2, ientras que el detector de fluorescencia (FD) consiste de 24 telescopios posicionados,en grupos de seis, en puntos perimetrales del SD. El SD registra las partículas secundarias de la lluvia al nivel del suelo y el FD colecta la luz de la fluorescencia atmosférica emitida por el nitrógeno durante el desarrollo longitudinal de la lluvia. El objetivo del observatorio Pierre Auger es caracterizar las propiedades de los rayos cósmicos de ultraelevada energía (≈ 1018 eV) para determinarse espectro, composición química y direcciones de arribo, a fin de establecer su origen y naturaleza. En esta tesis, se desarrolla la implementación en el programa oficial de análisis Auger Office Software, del método de evaluación y sustracción de la luz Cherenkov colectada por el FD. El método de sustracción iterativo implementado es probado con datos del FD, determinando que los eventos reconstruidos poseen una fracción de contaminación Cherenkov ≤ 40 % y ángulos de visión lluvia-detector ≥ 200. Las parametrizaciones del espectro y distribución angular confrontadas, estableciendo las diferencias en las distribuciones de Xmax (profundidad atmosférica donde se desarrolla el máximo número de partículas) y E (energía del rayo cósmico) con relación a la parametrización de Hillas. Se estudia cómo influye sobre la reconstrucción del perfil longitudinal de las lluvias, focalizando la atención en Xmax y E, para: i) la reconstrucción geométrica, II) los perfiles medidos de aerosoles y III) un ajuste la perfil longitudinal, estableciendo en cada caso las correspondientes desviaciones sistemáticas y estadísticas. El evento de ultra elevada energía SD-737165 con energía E = (177 ± 44) eV (para una atmósfera muy limpia) hallado al realizar datos del FD es estudiado en detalle. La influencia de las incertezas sistemáticas y estadísticas en la energía reconstruida es evaluada considerando simulaciones y reconstrucciones. Utilizando datos del FD colectados durante 36 meses de operación del FD se evalúan las distribuciones Xmax vs log10(E/eV), y se estima el valor de la tasa de elongación (D10). El valor reportado de la reconstrucción híbrida con perfiles medidos de aerosoles es: D10 =(71,0 ± 5,1) g/cm2 si E < 1018.5 eV y D10 = (33,9 ± 7,2) si E > 1018.5 eV, valores consistentes con los resultados de otros miembros de la colaboración Pierre Auger. Finalmente se estudia ola extensión del campo de visión de un ojo del FD, hasta 600 como máximo, con eventos simulados de protón y hierro, caracterizando la respuesta del FD extendido con reconstrucciones monoculares y un símil híbrido, en el rango de energías con 17.50 ≤ log10(E/eV) ≤ 18.25. En base a los resultados obtenidos se determina que la posición óptima de posicionaiento de AMIGA que maximiza la eficiencia híbrida de HEAT se encuentra entre 6 km y 7 km.