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Trabajo de DiplomaTrabajo de Diploma
Determinación del punto de impacto del eje de EAS Determinación del punto de impacto del eje de EAS inclinadas y su efecto en la composición primaria.inclinadas y su efecto en la composición primaria.
Facultad de Ciencias Exactas
UNLP
Director: María Teresa Dova
Co-Director: Hernán Wahlberg
Cecilia Gisele Jarne
Marzo 2010, Buenos Aires - Argentina
1
Rayos Cósmicos de Ultra Alta Energía (UHECR)Rayos Cósmicos de Ultra Alta Energía (UHECR)
Se denomina de este modo a aquellas partículas que llegan a
la tierra con energías por encima de
Los rayos cósmicos son partículas energéticas que llegan a
la atmósfera de la tierra constantemente. La cantidad de
partículas que llegan es dependiente de la energía, va desde
una partícula por metro cuadrado por segundo a energías de
1011eV a 1 partícula por km2 por siglo a energías de 1020eV
[1].
Rayos CósmicosRayos Cósmicos
2
Cuestiones Importantes a ResponderCuestiones Importantes a Responder
Origen.
Propagación.
Interacción con la atmósfera de la tierra.
A través del estudio de propiedades como la energía, masa y
direcciones de arribo.
Espectro de energíaEspectro de energía
3
Flujo Flujo ~~ EE--gg
Origen de los Rayos CósmicosOrigen de los Rayos Cósmicos
Radio Galaxy
SNR
AGNAGN
GRB
Pulsar
4
PropagaciónPropagación
Los mecanismos dominantes son:Los mecanismos dominantes son:
También se ven afectados por los campos magnéticos galácticos y extra galácticos:
En protones En el caso de núcleos de masa A
5
A energías > los Rayos Cósmicos interactúan con la radiación cósmica de
fondo perdiendo energía. Energía de corte GZKEnergía de corte GZK
Trayectoria de protones para
un campo magnético de 2μG,
para distintas energías.
Interacción de los rayos cósmicos con la Interacción de los rayos cósmicos con la
atmósfera: atmósfera: ExtensiveExtensive Air Air ShowersShowers
6
Lluvia de partículas Lluvia de partículas
secundariassecundariasCascada hadrónica
Componente
electromagnéticaComponente
Muónica
EASEAS
Xmax Es la profundidad donde la lluvia alcanza el número máximo de
partículas.
El parámetro Xmax es un buen observable para determinar la composición
del primario:
• Las lluvias iniciadas por núcleos de Fe se desarrollan más rápidamente que
las iniciadas por protones, y tienen un Xmax más pequeño.
• Si las lluvias son iniciadas por fotones, las lluvias se desarrollan más
profundamente en la atmósfera que las iniciadas por bariones.
7
Observatorio Pierre AugerObservatorio Pierre Auger
Detector Híbrido que permite estudiar el perfil longitudinal y lateral de la lluvia.Detector Híbrido que permite estudiar el perfil longitudinal y lateral de la lluvia.
Detector de Detector de
FluorescenciaFluorescencia
Detector de Detector de
SuperficieSuperficie
8
S
N
Auger Norte en Colorado
Auger Sur en Argentina
(finalizado Junio 2008)
Observatorio CompletoObservatorio Completo
9
Ubicación geográfica del Observatorio Sur
MT Dova, IMFP 2010, La Palma, Spain 10
1660 WCD
(3000 km2 )
24 telescopios de
Fluorescencia
(30˚x30˚)
11
Resultados recientes obtenidos con el Resultados recientes obtenidos con el
Observatorio Pierre AugerObservatorio Pierre Auger
Espectro de energía.
Direcciones de arribo según el catàlogo
Véron-Cetty y P. Véron. 58 eventos con
energías > 56 EeV.
.
Composición.
GZK
Ankle
Anisotropía
Livianos Pesados
Detector de FluorescenciaDetector de Fluorescencia
El ciclo de trabajo del detector de fluorescencia es del 13%. 12
440 PMTs
1.7m
Detección con FDDetección con FD
Permite obtener el perfil longitudinal de la lluvia, medir en forma directa la
energía y el Xmax de la lluvia.
13
Detector de superficieDetector de superficie
Detectores de agua Cherenkov (WCD):
El ciclo de trabajo del detector de superficie es del 100%.
Estudia la distribución lateral de la lluvia al nivel del suelo.
Debido al bajo flujo en el extremo de energías, es necesario cubrir grandes
áreas (~ 3000 Km2).14
Detección con SDDetección con SD
Distribución lateral de señales
S(1000): la señal integrada a
1000 metros del punto de
impacto de la cascada o core.
15
Parámetro para hallar la
energía calibrado con el FD.
La reconstrucción permite
obtener el punto de impacto
del eje de la lluvia y la
dirección de arribo.
S(VEM)
R (m)
Análisis específico con los Análisis específico con los
datos del SDdatos del SD
16
risetime de la señal:
17
tiempo que la señal total integrada tarda
en crecer del 10% al 50% .
ParámetrosParámetros sensiblessensibles a la a la composicióncomposición tomadostomados
porpor el SD el SD
Es sensible a la relación m/em
Sistema de referencia para el análisisSistema de referencia para el análisis
18
Asimetrías Azimutales en el Asimetrías Azimutales en el RisetimeRisetime
Las señales dejadas por una lluvia inclinada (entre 30◦ y 60◦ de ángulo cenital) en
el plano del detector presentan simetría elíptica centrada en el eje de la lluvia..
MT Dova, IMFP 2010, La Palma, Spain 19
t1/2/r = a + b cos ζ
ζ : ángulo azimutal en el plano de la lluvia b/a
La simetría circular (en el frente de la lluvia)
se rompe en las lluvias inclinadas.
La componente electromagnética es
absorbida en la region late.
Early
LateLate
Estudios de composición a través de las Estudios de composición a través de las
asimetrías en la señal de asimetrías en la señal de risetimerisetime
ln(XAsymMax)
20
Nuevo método desarrollado por el Nuevo método desarrollado por el
Grupo Auger La Plata.Grupo Auger La Plata.
Fe
Protón
“Desarrollo longitudinal”
de la asimetría
XAsymMaxXAsymMax en función de la energíaen función de la energía
21
Las barras de error corresponden a errores estadísticos.
Próximo paso: Estudio de Errores Sistemáticos.Estudio de Errores Sistemáticos.
22
Estudio Específico del presente Estudio Específico del presente
Trabajo de DiplomaTrabajo de Diploma
A partir de datos simulados para diferentes primarios se analizó la influencia de las
incertezas en la posición del corecore en el parámetro XAsymMaxXAsymMax..
Los datos utilizados fueron simulados a partir del código AIRES con el modelo
de interacción SYBILL y luego simulados por el detector con los algoritmos
correspondientes en el Offline Framework.
Se tomaron conjuntos de datos correspondientes a varias lluvias simuladas
iniciadas por protón, en las que se ha dejado libre la posición del core y el mismo
conjunto de datos donde se ha fijado la posición del core en la reconstrucción.
MCMC
MC: AIRES 2.8.3 AmgeLyonExtDvezpShb.
https://www.auger.unam.mx/AugerWiki/AiresSim
Data:Data:
2004 - October 2009
Reconstruction Reconstruction with Offline – Godot v2r5p7.
Standard quality cuts on reconstructionStandard quality cuts on reconstruction
SelecciónSelección de estaciones de estaciones
500 m < r < 2000 m
S > 10 VEM.
Muestra de datos utilizadaMuestra de datos utilizada
23
Estudio de la posición del Estudio de la posición del corecore
24
EarlyEarly
El valor medio de la posición del core está desplazado en la dirección
de incidencia de las lluvias.
E=10 E=10 1919 eVeV
Desplazamiento de la posición del Desplazamiento de la posición del corecore, en , en
función del ángulo función del ángulo azimutalazimutal
25
El valor medio del corrimiento aumenta con y llega a un valor máximo
alrededor del máximo de asimetría, que es de aproximadamente 50º.
E=10 E=10 1919 eVeV
Evolución del valor medio de corrimiento delEvolución del valor medio de corrimiento del corecore para distintos ángulospara distintos ángulos
cenitales y energías para lluvias iniciadas por protones.cenitales y energías para lluvias iniciadas por protones.
26
El corrimiento aumenta con la energía, siguiendo la misma evolución en
Al aumentar la energía del primario, el número de partículas que alcanzan el
suelo es mayor y también el y el Xmax así el efecto de asimetría se hace más
evidente.
RisetimeRisetime de la señal en función del ángulo de la señal en función del ángulo
azimutalazimutal. .
27
Efecto de fijar la posición del punto de impacto de la lluvia sobre la
señal de risetime.
El parámetro p0 corresponde a b/a.
Early LateLate
E=1019.5 eV
=38.5º
b/a b/a para distinto valores de para distinto valores de ánguloángulo cenitalcenital
28
Este análisis permite propagar las incertezas al parámetro de
asimetría, estudiando la evolución con sec .
E=E=10 10 1919 eVeV
XAsymMaxXAsymMax en función de la energía para en función de la energía para
protónprotón, , corecore fijo fijo yy librelibre..
29
El error sistemático en la posición el core genera un desplazamiento en XasymMax
siempre en la misma dirección.
La diferencia entre estas rectas da una medida del error sistemático máximo
cometido al reconstruir la posición del core y cómo este afecta a la determinación de
XAsymMax.
Estimación del error sistemáticoEstimación del error sistemáticoDiferencia relativa en las rectas de XAsymMax en función de la
energía correspondientes a lluvias iniciadas por protones.
30
Sistemático < Sistemático < 22%%
Se observa que la diferencia aumenta con la energía desde 0.6% a 1018.8 eV
hasta 1.6% a 1019.8 eV.
Comparación entre protón y hierro, para Comparación entre protón y hierro, para
corecore fijo y libre.fijo y libre.
31
Protón
Fe
Para todas las especies primarias el corrimiento es en la misma dirección.
Free
FixFix
Fix
FreeFree
ConclusionesConclusiones
El estudio del corrimiento sistemático del core de la lluvia, originado en
las asimetrías azimutales presentes en los valores de la señales de los
detectores se traduce a un corrimiento sistemático en la determinación
del parámetro XAsymMax, el valor de la secante donde la asimetría es
máxima.
La posición del core se desplaza en la dirección de incidencia de la
lluvia desde 20 metros a una energía de 18.95, hasta un máximo de 140
metros para una energía de 1020e , y que este desplazamiento
depende del ángulo cenital y de la energía.
Este corrimiento se traduce en una variación menor que 2% para el
parámetro de asimetría..
El próximo paso es repetir este análisis con MC con mayor
estadística ya generados en Auger y con datos obtenidos en Modo
Híbrido, para poder refinar el estudio y dar una cota más precisa.
32
AgradecimientosAgradecimientos
33
•Especialmente a María Teresa Dova María Teresa Dova y Hernán WahlbergHernán Wahlberg. Por
enseñarme, estar , ayudarme a concretar esto, y seguir continuar
conmigo durante el doctorado.
• A todos los miembros de esta mesa examinadora.
•A Todo el Grupo de física de altas energías de la Plata.
•A Diego García Pinto desde la distancia.
•A todos mis profesores por lo todo lo que me enseñaron durante toda
la carrera.
•Entre ellos a Jorge Martinez, Toto, por ayudarme desde el principio.
•A mi Madre en especial, a mi Padre y mi Madrina.
•A Gabriel, muchas gracias por estar a mi lado.
•A mis amigos todos, en especial a David.
•A mis compañeros, porque siempre aprendimos mucho entre
todos y son un grupo humano increíblemente bueno.
Finalmente Gracias a Todos los presentes!!!Finalmente Gracias a Todos los presentes!!!
