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[en] INTRINSIC FLUCTUATIONS OF EXTENSIVE AIR SHOWERS AND THE CHEMICAL COMPOSITION OF ULTRA HIGH ENERGY COSMIC RAYS / [pt] FLUTUAÇÕES INTRÍNSECAS DE CHUVEIROS ATMOSFÉRICOS EXTENSOS E COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE RAIOS CÓSMICOS ULTRA-ENERGÉTICOS

MARY LUCIA DIAZ CASTRO 23 July 2012 (has links)
[pt] O Observatório Pierre Auger é um detector de raios cósmicos ultra-energéticos (E maior ou igual 1018 eV) com características híbridas, que combinam detectores de superfície e de fluorescência. A determinação da composição química primária destes raios cósmicos é um dos seus principais objetivos. Há indícios de que os primários dos raios cósmicos com E maior que 1018.5 eV tem massa maior, conclusão baseada nos resultados recentes sobre a evolução dos chuveiros atmosféricos extensos (cascatas de partículas formadas quando da colisão do raio cósmico primário no topo da atmosfera com moléculas de N2 ou O2). Encontrar parâmetros, que caracterizam o chuveiro, no processo de sua reconstrução e que forneçam informações associadas a este resultado, são essenciais para validar esta conclusão. Nesta tese estuda-se a evolução como função da energia, de parâmetros que caracterizam os chuveiros, que sejam sensíveis à sua composição primária. Mais especificamente aqueles determinados pelo detector de superfície, pois há uma estatística de chuveiros detectados significativamente maior. Damos especial atenção às flutuações intrínsecas – chuveiro-a-chuveiro – do parâmetro de inclinação (beta) da Função de Distribuição Lateral, que descreve a variação da densidade de partículas ao longo da direção perpendicular ao eixo do chuveiro, como função da distância a esse eixo. Os resultados indicam que a flutuação intrínseca em beta, para eventos inclinados (45-60 graus) com E maior que 1018.5 eV, possui uma tendência de diminuição com a energia até valores em torno de 1019.8 eV. Este resultado é consistente com o encontrado anteriormente em análises de composição química sobre a evolução com a energia da profundidade de máximo (Xmax) dos chuveiros atmosféricos extensosmedida pelos detectores do Auger em modo híbrido, em que em energias acima de 1018.5 eV, observase que os chuveiros tendem a atingir seu máximo numa região mais bem definida da atmosfera, levando, por conseguinte, a flutuações menores no sinal no solo. / [en] The Pierre Auger Observatory is an ultra high energy cosmic ray detector (E more than or equal as 1018 eV) which has hybrid characteristics combining surface and fluorescence detectors. Determining the cosmic rays chemical composition is one of its most important challenges. There are evidences that cosmic ray primaries with energy above 1018.5 eV are heavy and this conclusion is based on recent results on the evolution of extensive air showers (cascades of particles formed by the collision of primary cosmic rays in the top of the atmosphere with nitrogen and oxygen molecules). Therefore, it is mandatory to find additional parameters supporting that conclusion. In this thesis, the evolution with energy of parameters characterizing the shower and with sensitivity to chemical composition are studied. More specifically, parameters determined by the surface detector are analyzed due to the high statistics in this operation mode. Special attention is given to the instrinsic - shower to shower - fluctuations of the slope parameter (beta) of the Lateral Distribution Function which describes the particles density variation in the plane perpendicular to the shower axis as a function of distance to that axis. The results show that the intrinsic fluctuation of Beta, for inclined showers (45-60 degrees) with energy above 1018.5 eV, where the detector resolution is small compared to the total fluctuation, has a trend to decrease with energy up to 1019.6 eV. This result is consistent with recent results on the energy evolution of the depth of shower maxima (Xmax) of extensive air showers, where above 1018.5 eV, the distributions of Xmax show less fluctuations, leading, in turn, to less fluctuations on the ground level.

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