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Título de Acceso Abierto
Search for ultra-high energy photons with the AMIGA muon detector
Nicolás Martín González Alberto Etchegoyen Johannes Blümer
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Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital
Los rayos cósmicos (E > 1014 eV) son conocidos desde hace más de 70 años y, sin embargo, su origen sigue siendo un misterio. Del mismo modo, la posibilidad de una componente fotónica de muy alta energía en el flujo de radiación cósmica es uno de los problemas abiertos en la Física de Astropartículas. La búsqueda de fotones de alta energía complementa las mediciones de los rayos cósmicos y neutrinos hacia una comprensión multi-canal de los fenómenos astrofísicos más energéticos. En particular, el descubrimiento de fotones con energías entre 1016.5 eV y 1018 eV en el flujo de los rayos cósmicos podría ser de particular interés no sólo para el campo de la Física de Astroparticulas, sino también para la Astrofísica y la Física fundamental, ya que son rastreadores de los procesos de mayor energía en el Universo. En la búsqueda de fotones de ultra-alta energía, es crucial definir parámetros sensibles a la composición capaces de rechazar adecuadamente el fondo hadrónico de los rayos cósmicos. El contenido muónico de las lluvias atmosféricas extensas producidas por los rayos cósmicos primarios al entrar en la atmósfera es uno de los aspectos más prometedores que podría conducir a la mejor discriminación posible entre los fotones y los rayos cósmicos hadrónicos. El detector de muones subterráneo AMIGA, como parte de la próxima mejora AugerPrime del Observatorio Pierre Auger, ofrece una oportunidad única y directa para medir muones de alta energía de lluvias atmosféricas extensas, y así, aumentar la sensibilidad del Observatorio a una señal fotónica primaria. La Colaboración Pierre Auger ha propuesto varios parámetros para estudiar una posible componente fotónica de ultra-alta energía en el flujo hadrónico de rayos cósmicos. Sin embargo, su no-observación resultó en límites superiores para energías por encima de 1018 eV. Por otra parte, la ventana energética entre 1016.5 eV y 1018 eV sólo ha sido explorada por los experimentos de KASCADE-Grande y EAS-MSU, que imponen límites superiores al flujo fotónico. Actualmente, este dominio energético no es explorado por el Observatorio Pierre Auger. El objetivo principal de esta tesis es la extensión de la búsqueda de fotones de ultra alta energía hasta ∼ 1016.5 eV. Los estrictos límites superiores teóricos y experimentales al flujo fotónico en estas energías hacen que la búsqueda de una débil señal fotónica en el vasto fondo de los rayos cósmicos hadrónicos sea una tarea desafiante. Por lo tanto, los parámetros sensibles a la señal predominantemente electromagnética de los fotones primarios son de suma importancia. En este marco, definimos y describimos dos nuevos observables sensibles a la composición diseñados para la discriminación fotón/hadrón con el fin de detectar fotones primarios a energías del orden de 1016 eV o mejorar los límites superiores establecidos por experimentos anteriores. El observable Mb combina las densidades de muón medidas por las estaciones de muón subterráneas AMIGA y su distancia al eje de la lluvia, de manera similar al conocido parámetro Sb utilizado anteriormente en las búsquedas fotónicas por la Colaboración Pierre Auger. Por otra parte, el observable Q explota la diferencia en la pendiente de la distribución lateral de partículas entre las lluvias iniciadas por fotones y hadrones. En este último caso, se espera que las lluvias se desarrollen a mayores alturas en la atmósfera y lleguen al suelo con una distribución más plana de partículas. En este trabajo, afinamos ambos observables para ser aplicados en el detector de superficie y detector de muones del Observatorio Auger para energías por encima de Erec = 1016.4 eV y θ < 45°. Un método multiparamétrico, bautizado Mb + Q, es extensamente estudiado y su ejecución se aborda bajo numerosas condiciones. Se demuestra que el rechazo de fondo y la eficiencia de la señal para el método compuesto son adecuados para imponer los mejores límites superiores de todos los experimentos de rayos cósmicos con tan sólo unos pocos años de datos, y en particular mejorarlos por un orden de magnitud al final actualmente planificado de operación de Auger el 31 de diciembre 2025. Considerando la alta exposición del experimento Auger en dirección al centro galáctico, el método descrito en esta tesis representa una herramienta valiosa con un potencial de descubrimiento sin precedentes en la detección de una señal fotónica minúscula en el flujo de rayos cósmicos. Aunque en esta investigación se presenta una estimación ciega de la sensibilidad a un flujo fotónico, está previsto que la aplicación a los datos se lleve a cabo en un futuro próximo para una publicación oficial de la Colaboración Pierre Auger.Palabras clave – provistas por el repositorio digital
Pierre Auger Observatory; Amiga; Ultra-High Energy Photons; Muon Detector; Astronomía; Ciencias Físicas; CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS
Disponibilidad
| Institución detectada | Año de publicación | Navegá | Descargá | Solicitá |
|---|---|---|---|---|
| No requiere | 2018 | CONICET Digital (SNRD) |
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Información
Tipo de recurso:
tesis
Idiomas de la publicación
- inglés
País de edición
Argentina
Fecha de publicación
2018-02-09
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