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El Observatorio Pierre Auger a bajas energías: Análisis de sus capacidades y posibles mejoras
El Observatorio Pierre Auger ha sido diseñado para observar los rayos cósmicos de las más altas energías, E > 1019 eV (con eficiencia 1 para E> 1018.5 eV). Sin embargo es posible, con su configuración actual, registrar chubascos cósmicos con energías de hasta 1018 eV y sobre este tipo de eventos se desarrolla este trabajo en el que se incluye además un nuevo diseño del arreglo geométrico del Observatorio para extender el rango dinámico del mismo hasta 1017 eV. Incluir este rango de energía es crucial para la astrofísica de altas energías pues entre 1017.5 y 1019 eV podría estar ocurriendo la transición entre la componente galáctica y la extragaláctica del flujo de rayos cósmicos.Los resultados existentes al día de hoy en este intervalo energético son poco concluyentes, con respecto a la transición, a la forma del espectro, a la naturaleza y origen de los rayos cósmicos y a las posibles anisotropías en sus direcciones de arribo. Es por esto que este trabajo se centra en los datos obtenidos con el arreglo de superficie de Auger en las energías mas bajas detectables por el mismo. Comenzando con el estudio de la respuesta del detector de superficie del Observatorio Pierre Auger al paso de partículas cargadas dando se determinan los parámetros de calibración del mismo y se desarrolla un método para el posterior monitoreo de su funcionamiento. A partir de allí, el siguiente paso consiste en construir un algoritmo de selección y limpieza de los eventos de bajas energías. Estos eventos poseen una baja multiplicidad de detectores (3 estaciones) y la contaminación por coincidencias casuales se vuelve muy importante. Con el método propuesto se logra una eficiencia de selección de más del 98%. Contando con un conjunto de datos confiable y estadísticamente importante este trabajo continúa con la determinación empírica de distintos parámetros de detección como la probabilidad de disparo de un detector aislado, que se usa posteriormente para el cálculo experimental de la aceptancia del arreglo de detectores de superficie. La acptancia para energías menores que 1018.5 eV no está saturada y es sensible a diversos factores externos. Aquí se estudia la dependencia de la misma con la variación de las condiciones atmosféricas locales (temperatura, presión y densidad atmosféricas). La parametrización encontrada se utiliza finalmente para corregir el mapa de cobertura del Observatorio con el cual se normaliza el mapa de densidad de eventos para la búsqueda de anisotropía en las direcciones de arribo a mediana y gran escala. Este mapa de cobertura corregido se utilizo para los primeros resultados publicados por Auger en relación a la ausencia de anisotropía en la dirección del Centro Galáctico. Finalmente, a partir de la compresión profunda de los datos de bajas energías del Observatorio, se sugiere extender el rango dinámico del mismo hacia energías menores agregando un pequeño arreglo de detectores separados a una distancia menor a la establecida originalmente para Auger (Infill). A través de simulaciones Monte Carlo de toda la cadena e detección y reconstrucción de los eventos, se muestra como con una separación de 750m entre detectores la eficiencia de detección es completa hasta 1017.5 eV y que los parámetros reconstruidos de las cascadas mejoran en factores que van de 2 a 4.
Tesis para optar al título de Doctor en Ciencia y Tecnología, Mención Física, 2007. Directores: Dr. Etchegoyen Alberto; Dr. Billoir Pierre. CNEA Departamento de Física, Centro Atómico Constituyentes.