The three-dimensional (3D) steady-state electron modulation model of Ferreira (2002), based on Parker (1965) transport equation, is used to study the modulation of the 7 MeV galactic and Jovian electron anisotropies in the inner heliosphere. The Jovian electrons are produced in Jupiter's magnetosphere which is situated at ~ 5 AU in the ecliptic plane. The propagation of these particles is mainly described by the diffusion tensor applicable for the inner heliosphere. Some of the elements of the diffusion tensor are revisited in order to establish what contribution they make to the three-dimensional anisotropy vector and its components in the inner heliosphere. The 'drift' term is neglected since the focus of this study is on low-energy electrons. The effects on the electron anisotropy of different scenarios when changing the solar wind speed from minimum to maximum activity is illustrated. The effects on both the galactic and Jovian electron anisotropy of changing the polar perpendicular coefficient, in particular, are illustrated. It is shown that the computed Jovian electron anisotropy dominates the galactic anisotropy close to the Jovian electron source at ~5 AU, as expected, testifying to the validity of the3D-model. For the latitudinal anisotropy, the polar perpendicular diffusion plays a dominant role for Jovian electrons close to the source, with the polar gradient becoming the dominant factor away from the electron source. Of all three anisotropy components, the azimuthal anisotropy is dominant in the equatorial plane close to the source. It is found that there is a large azimuthal gradient close to the source because the low-energy electrons tend to follow the heliospheric magnetic field more closely than higher energy particles. The transition of the solar wind speed from minimum to intermediate to maximum solar activity condition was used to illustrate the modulation of the magnitude of the 7 MeV total anisotropy vector along the Ulysses trajectory. It was found that during the two encounters with the planet a maximum anisotropy of 38% was computed but with different anisotropy-timepeaks as the approach to Jupiter was different. / Thesis (M.Sc. (Physics))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2007.

The three-dimensional (3D) steady-state electron modulation model of Ferreira (2002), based on Parker (1965) transport equation, is used to study the modulation of the 7 MeV galactic and Jovian electron anisotropies in the inner heliosphere. The Jovian electrons are produced in Jupiter's magnetosphere which is situated at ~ 5 AU in the ecliptic plane. The propagation of these particles is mainly described by the diffusion tensor applicable for the inner heliosphere. Some of the elements of the diffusion tensor are revisited in order to establish what contribution they make to the three-dimensional anisotropy vector and its components in the inner heliosphere. The 'drift' term is neglected since the focus of this study is on low-energy electrons. The effects on the electron anisotropy of different scenarios when changing the solar wind speed from minimum to maximum activity is illustrated. The effects on both the galactic and Jovian electron anisotropy of changing the polar perpendicular coefficient, in particular, are illustrated. It is shown that the computed Jovian electron anisotropy dominates the galactic anisotropy close to the Jovian electron source at ~5 AU, as expected, testifying to the validity of the3D-model. For the latitudinal anisotropy, the polar perpendicular diffusion plays a dominant role for Jovian electrons close to the source, with the polar gradient becoming the dominant factor away from the electron source. Of all three anisotropy components, the azimuthal anisotropy is dominant in the equatorial plane close to the source. It is found that there is a large azimuthal gradient close to the source because the low-energy electrons tend to follow the heliospheric magnetic field more closely than higher energy particles. The transition of the solar wind speed from minimum to intermediate to maximum solar activity condition was used to illustrate the modulation of the magnitude of the 7 MeV total anisotropy vector along the Ulysses trajectory. It was found that during the two encounters with the planet a maximum anisotropy of 38% was computed but with different anisotropy-timepeaks as the approach to Jupiter was different. / Thesis (M.Sc. (Physics))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2007.

Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 2008. / Also available in print.

Les rayons cosmiques (RC) ont un rôle fondamental sur la dynamique et l'évolution chimique des nuages moléculaires interstellaires, qui sont le lieu de formation stellaire et planétaire. Les RC sont probablement accélérés dans les enveloppes en expansion des rémanents de supernova (SNR), ainsi les nuages moléculaires situés à proximité peuvent être soumis à d'intenses flux de RC. Les protons relativistes ont principalement deux effets sur les nuages moléculaires : 1) en rencontrant le milieu dense, les protons de haute énergie (>280 MeV) induisent via la désintégration des pions l'émission de photons gamma. à cause de ce processus, les associations SNR-nuages moléculaires sont des sources intenses d'émission GeV et/ou TeV présentant des spectres similaires à celui des protons incidents. 2) à plus basse énergie, les RC pénètrent le nuage et ionisent le gaz, induisant la formation d'espèces moléculaires caractéristiques appelées traceurs de l'ionisation. L'étude de ces traceurs permet de déduire des informations sur les RC de basse énergie inaccessibles aux autres méthodes d'observation. J'ai étudié l'ionisation des nuages moléculaires par les RC près de trois SNR : W28, W51C et W44. Il existe des preuves observationnelles d'interaction avec le nuage voisin pour chaque SNR (présence de gaz choqué, masers OH, émission gamma). Mon travail repose sur la comparaison d'observations millimétriques des traceurs de l'ionisation à des modèles de chimie appliqués à ces nuages denses. Dans chaque région, nous avons déterminé un taux d'ionisation supérieur à la valeur standard, confortant l'hypothèse d'une origine des RC dans l'enveloppe du SNR voisin. L'existence d'un gradient d'ionisation en s'éloignant de l'onde de choc du SNR apporte des contraintes précieuses sur les propriétés de propagation des RC de basse énergie. La méthode utilisée repose sur l'observation des ions moléculaires HCO+ et DCO+, qui montre des limitations importantes à haute ionisation. C'est pourquoi j'ai également cherché à identifier des traceurs alternatifs de l'ionisation, par un effort croisé de modélisation et d'observation. En particulier, dans la région W44, les observations de N2H+ ont permis de mieux contraindre les conditions physiques, les abondances volatiles dans le nuage et l'état d'ionisation du gaz. Ce projet de recherche a amené une meilleure compréhension de la chimie induite par les RC dans les nuages moléculaires. Il a également ouvert de nouvelles perspectives de recherche interdisciplinaire vers la compréhension des RC, des observations millimétriques aux observations gamma. / Cosmic rays (CR) are of tremendous importance in the dynamical and chemical evolution of interstellar molecular clouds, where stars and planets form. CRs are likely accelerated in the shells of supernova remnants (SNR), thus molecular clouds nearby can be irradiated by intense fluxes of CRs. CR protons have two major effects on dense molecular clouds: 1) when they encounter the dense medium, high-energy protons (>280 MeV) create pions that decay into gamma-rays. This process makes SNR-molecular cloud associations intense GeV and/or TeV sources whose spectra mimic the CR spectrum. 2) at lower energies, CRs penetrate the cloud and ionise the gas, leading to the formation of molecular species characteristic of the presence of CRs, called tracers of the ionisation. Studying these tracers gives information on low-energy CRs that are unaccessible to any other observations. I studied the CR ionisation of molecular clouds next to three SNRs: W28, W51C and W44. These SNRs are known to be interacting with the nearby clouds, from the presence of shocked gas, OH masers and pion-decay induced gamma-ray emission. My work includes millimeter observations and chemical modeling of tracers of the ionisation in these dense molecular clouds. In these three regions, we determined an enhanced CR ionisation rate, supporting the hypothesis of an origin of the CRs in the SNR nearby. The evolution of the CR ionisation rate with the distance to the SNR brings valuable constraints on the propagation properties of low-energy CRs. The method used relies on observations of the molecular ions HCO+ and DCO+, which shows crucial limitations at high ionisation. Therefore, I investigated, both through modeling and observations, the chemical abundances of several other species to try and identity alternative tracers of the ionisation. In particular, in the W44 region, observations of N2H+ bring additional constraints on the physical conditions, volatile abundances in the cloud, and the ionisation state. This research brought valuable insight into the CR induced chemistry in the interstellar medium. It also brought new perspectives of interdisciplinary research towards the understanding of CRs, from millimeter to gamma-ray observations.

La matière noire astronomique est une composante essentielle de l'univers. Depuis sa mise en évidence en 1933 par Fritz Zwicky dans l'amas de Coma, sa présence au sein des galaxies et des amas de galaxies a été largement confirmée. Les observations du satellite Planck permettent de fixer le modèle standard cosmologique selon lequel 85% de la matière de l'univers est constituée de matière noire.La nature de cette dernière demeure cependant aujourd'hui inconnue. De nombreux candidats ont été proposés. L'explication la plus plausible fait état de particules massives et interagissant faiblement avec la matière ordinaire. Ces particules de matière noire, dénommées WIMPs pour Weakly Interactive Massive Particles, sont prédites par les extensions du modèle standard des particules, à l'instar des théories supersymétriques ou des théories à dimensions supplémentaires de type Kaluza-Klein.Les particules de matière noire sont traquées activement dans les accélérateurs de particules et dans les détecteurs souterrains. Une stratégie alternative consiste à rechercher les signatures de leur présence dans la Voie Lactée à travers les rayons cosmiques, messagers de l'univers. En effet, on s'attend à ce que les WIMPs présents dans la galaxie s'annihilent en paires particules-antiparticules. Les mécanismes produisant de l'antimatière étant très rares, les antiparticules cosmiques constituent des messagers privilégiés de la présence de matière noire.Ce mémoire de thèse se concentre sur la recherche indirecte de matière noire à travers les flux de positrons et d'antiprotons cosmiques. L'objet de ce travail est de confronter les modèles théoriques de particules de matière noire aux données expérimentales, afin de mettre éventuellement en évidence les hypothétiques WIMPs et d'en déterminer les propriétés.La première partie dresse le bilan des recherches actuelles de matière noire avant de se consacrer aux modes de production et de propagation des rayons cosmiques.La thèse se concentre ensuite sur l'interprétation de la fraction positronique mesurée par la collaboration AMS-02. La possibilité d'expliquer les données par la présence de matière noire dans la galaxie est étudiée. Une explication alternative impliquant des pulsars proches produisant des positrons est examinée. Une méthode permettant de traiter la propagation des positrons cosmiques de basse énergie est ensuite développée, et les premières contraintes sur les propriétés de la matière noire sont alors dérivées à partir des mesures du flux de positrons à basse énergie.Ce travail se poursuit avec l'étude de la propagation des antiprotons cosmiques. L'influence des effets de propagation à basse énergie sur la détermination des propriétés de la matière noire est explorée. De nouvelles contraintes sont dérivées à partir des données expérimentales de la collaboration PAMELA. Les incertitudes théoriques sur la détermination du fond astrophysique sont évaluées. L'interprétation des mesures préliminaires du rapport antiprotons sur protons par la collaboration AMS-02 et les conséquences pour la matière noire sont finalement discutées. / The astronomical dark matter is ubiquitous in the universe. Since it was discovered in 1933 by Fritz Zwicky in the Coma cluster, its presence in galaxies and in galaxy clusters has been largely confirmed. The standard cosmological model predicts that about 85% of the matter in the universe is composed of dark matter.Its nature, however, remains unknown today. The dark matter particles must still have the properties of being massive and interact weakly with ordinary matter. This type of particles, the WIMPs (Weakly Interactive Massive Particles) are predicted by the extensions theories of the Standard Model of particles physics, like supersymmetrie or extra-dimensional Kaluza-Klein type theories.The dark matter particles are actively hunted in particle accelerators and in direct detection experiments. An alternative strategy is to look for signatures of the dark matter in the Milky Way through cosmic rays -- the universe messengers. Indeed, we expect that WIMPs that are present in the Galaxy annihilate into particle-antiparticle pairs. As antimatter is rare, cosmic antiparticles are privileged messengers of the presence of dark matter.This thesis focuses on indirect dark matter searches through the study of both cosmic ray positron and antiproton fluxes. The purpose of this PhD is to compare the theoretical models of dark matter particles with experimental data, which will allow us to determine their properties.The first part of the thesis provides an overview of current searches on dark matter and then focuses on the production and propagation of cosmic rays.The second part is devoted to the interpretation of the positron fraction measured by the AMS-02 collaboration. The possibility to explain the data by the presence of dark matter in the Galaxy is studied. An alternative explanation involving nearby pulsars is examined. A method to deal with low energy positrons is developed, leading to the first constraints on dark matter properties.Finally, this work focuses on the propagation of cosmic antiprotons. The influence of low energy propagation effects on the antiproton flux is explored. New constraints on WIMPs are derived from the data of the PAMELA collaboration. The theoretical uncertainties on the astrophysical background are assessed. The interpretation of the preliminary data of the AMS-02 collaboration on the antiproton to proton ratio and the implications for dark matter properties are finally discussed.

Il y a tout juste cent ans que les premières mesures du taux d'ionisation de l'air ont dévoilé que la terre est sans cesse bombardée par une pluie de particules énergétiques provenant du Cosmos. D'un point de vue astrophysique, l'origine de ces particules hautement relativistes, appelés rayons cosmiques (CRs), ainsi que leur mécanisme d'accélération restent très peu connus. Le paradigme actuel suppose une injection sporadique des CRs accélérés par la propagation d'ondes de choc au cours de la mort de certaines étoiles (SNRs).Les mesures récentes des flux de CRs (par les expériences PAMELA et AMS-02 par exemple) inaugurent une nouvelle ère de précision dans la mesure où les incertitudes statistiques sont désormais considérablement réduites. Dans ce mémoire de thèse, nous proposons et approfondissons de nouvelles pistes théoriques de manière à maximiser l'information extraite de ces nouvelles données.Après une introduction générale sur la physique des CRs, nous nous concentrons sur les espèces dites primaires, qui sont produites directement par les SNRs. De la nature discrète des SNRs et de la méconnaissance quasi-complète de leurs positions et de leurs ages résulte une incertitude théorique qui nécessite d'être estimée pour la prédiction des flux observés sur Terre. Jusqu'alors ces prédictions se contentent de calculer la moyenne d'ensemble de ce flux. Dans cette partie nous exposons la théorie statistique que nous avons élaborée, permettant de calculer la probabilité d'une déviation du flux mesuré par rapport à la moyenne d'ensemble. Nous sommes amenés à utiliser une version généralisée du théorème de la limite centrale, avec lequel nous montrons que la loi de probabilité est intimement reliée à la distribution des sources et qu'elle converge vers une loi stable. Cette dernière diffère de la loi gaussienne par sa queue lourde en loi de puissance. Le cadre théorique développé ici peut non seulement être étendu à d'autres observables du rayonnement cosmique, mais aussi enrichi en incluant une description plus complète des corrélations entre les sources. De plus, la méthode que nous avons développée peut être appliquée à d'autres problèmes de physique/astrophysique impliquant des distributions à queue lourde.Deuxièmement nous nous penchons sur les CRs dits secondaires (comme le bore), qui sont produits par les collisions des espèces primaires avec le milieu interstellaire. Plus précisément nous nous concentrons sur le rapport du flux du bore sur celui du carbone qui est traditionnellement utilisé pour comprendre la propagation des CRs. Ainsi, tout porte à croire que les mesures extrêmement précises de ce rapport nous donneraient de fortes contraintes sur les scénarios de propagation. Malheureusement il n'en est rien et nous montrons que le calcul théorique dépend fortement de certaines hypothèses telles que le lieu de production des secondaires et le choix du jeux de sections efficaces d’interaction. Nous estimons à au moins 20 % les incertitudes sur les paramètres de propagation dérivés jusqu'à maintenant. Grâce aux nouvelles données de l'expérience AMS-02, nous présentons les points de départ de notre nouvelle analyse pour laquelle nous utilisons le code semi-analytique USINE.Finalement, dans une troisième partie, nous utilisons ces données de précision pour réactualiser les analyses portant sur la recherche indirecte de matière noire. En effet, les CRs d'antimatière seraient -au même titre que le bore- des particules secondaires. La prédiction de leur fond astrophysique repose sur une connaissance précise de la propagation des CRs et de leurs interactions dans la Galaxy. Nous les traitons ici sous les hypothèses habituelles et réévaluons les flux de positrons et d'antiprotons à la lumière des nouvelles données d'AMS-02. Nous discutons ensuite les conséquences pour la matière noire et les possibles explications astrophysiques d'éventuels excès observés. / A hundred years ago, pioneering observations of air ionization revealed that the Earth is showered with particles coming from the Galaxy and beyond. Because of their high energies, these particles coined cosmic-rays are still a crucial tool in the field of particle physics, complementary to man-made accelerators. From an astrophysical point of view, the origin of cosmic-rays and the mechanisms which accelerate them are still very poorly known. The present paradigm involves sporadic production associated with the expanding shock waves from dying stars (SNRs).Recent experiments (notably PAMELA and, more recently, AMS-02) are ushering us into a new era of measurements of cosmic-ray fluxes with greatly reduced statistical uncertainties. In this dissertation, we propose and investigate new theoretical refinements of our predictions to fully benefit from these advances.After a general introduction on cosmic-ray physics, we first focus on the so-called primary species which are directly produced by SNRs. In this context of precision measurements, the discreteness of the sources in space and time, together with a substantial ignorance of their precise epochs and locations (with the possible exception of the most recent and close ones) may lead to significant uncertainties in the predictions of the fluxes at the Earth. So far, the conventional approach just relied on average trends. Here, we elaborate a statistical theory in order to compute the probability for the actual flux to depart from its ensemble average. Using the generalized version of the central limit theorem, we demonstrate that the probability distribution function of the flux is intimately related to the source distribution and follows a stable law with a heavier tail than the Gaussian distribution. Our theoretical framework can not only be extended to other cosmic-ray observables, such as the lepton flux, but also can be enriched to include a more comprehensive description of the correlations between the sources. Moreover the method which we have developed may be applied to a variety of problems in physics/astrophysics involving heavy tail distributions.Secondly, we concentrate on secondary CRs, like the boron nuclei, which are thought to be produced only by the collisions of cosmic-rays on the interstellar medium. More precisely, the ratio of the boron to carbon fluxes is a traditional tool used to understand and gauge the propagation of cosmic-rays in the Galaxy. Hence a very precise measurement of this ratio should imply stringent constraints on the propagation scenario. However we show that its theoretical derivation strongly depends on where these secondary species are produced as well as on the chosen set of nuclear cross-sections. Hence we assess at the 20% level the theoretical uncertainties on the so far derived propagation parameters. As new data from AMS-02 were freshly released, we present the starting points of a comprehensive new analysis for which we use the semi-analytical code USINE.Finally these high precision measurements offer new opportunities for a number of astroparticle problems, such as indirect dark matter searches which is the main thrust of the third part of the thesis. Antimatter cosmic rays are thought to be secondary species and their relatively low fluxes make them a channel of choice to look for rare processes such as dark matter annihilation. Nonetheless, the predictions of the expected backgrounds rely on a precise modeling of cosmic-ray propagation and interactions in the Galaxy. We treat them under commonly used simplified assumptions and discuss two studies where we re-evaluate the anti-proton and the positron fluxes in the light of the new AMS-02 data. Then we discuss the implications for dark matter and astrophysical explanations.

Les connaissances sur les rayons cosmiques d'ultra haute énergie (E>10^{18} eV) ont progressé durant la dernière décennie, en particulier grâce aux résultats remarquables de l'Observatoire Pierre Auger. La question de la composition du flux de rayons cosmiques à ces énergies reste cependant ouverte. Le projet EASIER (Extensive Air Shower Identification using Electron Radiometer) de détection radio des gerbes atmosphériques recherche de nouvelles observables liées à la nature du rayonnement cosmique primaire, complémentaires de celles déjà mise en oeuvre à l'Observatoire Pierre Auger. Ce dispositif est constitué d'un réseau d'antennes radio fonctionnant aux fréquences MHz et GHz et installées en mode esclave sur une soixantaine de détecteurs de particules du réseau de surface de l'Observatoire. Après étude de la réponse des détecteurs et analyse des données, les caractéristiques des signaux détectés aux fréquences MHz se sont révélées compatibles avec une origine géomagnétique de l'émission radio des gerbes. Aux fréquences GHz, seuls quelques signaux ont été détectés en coïncidence avec des gerbes atmosphériques. Un programme de simulation a été réalisé dans le but d'identifier l'origine de cette émission micro-ondes. Il inclut le développement de la gerbe dans l'atmosphère et différents mécanismes d'émission aux fréquences GHz : l'effet Cerenkov et le bremsstrahlung moléculaire. La propagation du rayonnement dans l'atmosphère et la réponse de l'antenne réceptrice sont également simulés, ce qui permet une comparaison directe des signaux détectés avec les signaux attendus. / The understanding on the ultra high cosmic rays (E>10^{18} eV) issue has been improved over the last decade, especially through the noteworthy results of the Pierre Auger Observatory. The composition of cosmic rays at those energies is still an open matter. The EASIER project (Extensive Air Shower Identification using Electron Radiometer) on radio detection of extensive air showers is looking for new observables related to the nature of primary cosmic rays, complementary to those already implemented at the Pierre Auger Observatory. This prototype consists of an array of MHz and GHz antennas, set up on a slave mode on about sixty tanks of the surface detector of the Observatory. Further to a study of the antenna response and a data analysis, the features of the detected signals at MHz frequencies have turned out to be compatible with a geomagnetic origin of the shower radio emission. At GHz frequencies, only a few signals have been detected in coincidence with extensive air showers. A simulation program has been created, aiming to identify the origin of this micro wave emission. It includes the air shower development in the atmosphere and different emission mechanisms at GHz frenquencies : the Cerenkov radiation and the molecular bremsstrahlung. The radiation propagation through the atmosphere and the receiving antenna response are simulated as well, allowing to directly compare the detected signals to the predicted ones.

L'expérience H.E.S.S. est un réseau de télescope Tcherenkov, situé en Namibie, qui observe le rayonnement de sources astrophysiques de rayons gamma de très haute énergie. Depuis sa mise en service il y a plus de dix ans, H.E.S.S. a permis d'améliorer considérablement notre vision de l'univers à ces énergies. Depuis 2012, le démarrage de la deuxième phase de l'expérience avec la mise en service d'un cinquième télescope permet de baisser le seuil en énergie de l'expérience.L'optimisation d'une analyse multivariée au sein de l'expérience H.E.S.S. est présentée dans cette thèse. L'analyse Xeff a été amélioré en prenant en compte les conditions d'observations, et en introduisant de nouvelles variables dans l'estimateur. Un gain de sensibilité de l'analyse par rapport aux analyses standards est observé. Cette méthode a été ensuite utilisée pour diverses analyses de sources de rayons gamma.La prise en compte des effets de la focalisation de l'analyse de données de H.E.S.S. II est détaillée. L'ajustement de la distance entre la caméra et les miroir du cinquième télescope permet d'améliorer l'image dans le plan focal. L'amélioration de la reconstruction et le gain en sensibilité qui en découle est présenté.L'étude du rayonnement gamma de quatre candidats d'associations de vestiges de supernova et de nuages moléculaires est présentée : G349.7+0.2, W51, la nébuleuse de la Tornade, et HESS J1745-303. Une interprétation de ce rayonnement utilisant également les données de Fermi-LAT permet d'estimer l'origine dominante des mécanismes d'émission et d'appréhender l'efficacité d'accélération de particules par ces systèmes.Les travaux présentés dans cette thèse ont fait l'objet de deux notes internes à la collaboration H.E.S.S., de multiples présentations dans des conférences internationales et de publications scientifiques. / The H.E.S.S. experiment is an array of Cherenkov telescopes, located in Namibia, observing the very high energy gamma rays from astrophysical sources. H.E.S.S. greatly increased our understanding of the very high energy non thermal universe. Since 2012, a fifth telescope was installed at the center of the array. This improvement increase the energy range and the sensitivity of the detector.The optimization of a multivariate analysis method, within the H.E.S.S. framework, is presented in this thesis. The Xeff analysis is improved by taking into account the observation conditions and by increasing the number of discriminating variables. The sensitivity of this analysis compared to standard analyses is demonstrated. Xeff is then used to analyze several sources of gamma rays.The effects of the focus impacting the H.E.S.S. II data are described. They are taken into account in the analysis and an optimization of the distance between the mirrors and the camera is presented.The study of the gamma emission from four candidates of molecular clouds and supernova remnant associations is presented. The H.E.S.S. data from G349.7+0.2, W51, the Tornado nebula and HESS J1745-303 is performed. The interpretation of their emission, using also Fermi-LAT data, leads to the estimation of the particles acceleration efficiency in these objects.The work described in this thesis led to the production of two internal notes in the H.E.S.S. collaboration, to several presentations in international conferences, and scientific publications.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:02:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5186.pdf: 2599348 bytes, checksum: 26d9e80466a7d2fc73ebc77310c28500 (MD5) Previous issue date: 2012-12-18 / Updating the physics curriculum for high school has been a challenge to all researchers and teachers in the area for at least two decades and has appeared in many academic studies that account for the needs justifying this update. However, we still haven´t achieved this update in the classrooms. But there is already some research focused on structure and activities for teaching and learning sequences that have emerged in the field of physics education research in order to fill this gap in the curriculum of physics for high school. From this research we reflected on the possibilities of carrying out a process of transformation in regards to the theme of cosmic rays in learning how to teach, based on the rules and features of the Theory of Didactic Transposition, proposed by Ives Chevallard (1991). Thus, we implemented a sequence of teaching and learning about cosmic rays in order to determine the point of impact and reconstruct the direction of arrival of a primary cosmic ray from data recorded by the Pierre Auger Observatory. We applied this activity in the form of a mini course in a public school in the city of Sertãozinho/SP. This activity addressed fundamental concepts such as energy conservation, center of mass, velocity, coordinate systems, time references and observation of the sky. / Atualizar o currículo de Física para o Ensino Médio é um desafio a todos os pesquisadores e professores da área, e há pelo menos duas décadas figuram no meio acadêmico muitas pesquisas que dão conta de justificar as necessidades desta atualização. No entanto, ainda não percebemos nas salas um reflexo desta atualização. Mas já existem algumas pesquisas focadas em estruturar atividades e sequências de ensino e aprendizagem, e que têm surgido com força no campo de pesquisa em ensino de Física, visando a suprir essa carência no currículo de Física do Ensino Médio. Foi neste sentido que refletimos sobre as possibilidades de se realizar um processo de transformação do tema Raios Cósmicos em saber a ensinar, com base nas regras e características da Teoria da Transposição Didática, proposta por Ives Chevallard (1991). Assim, implementamos uma sequência de ensinoaprendizagem sobre Raios Cósmicos com o objetivo de determinar o ponto de impacto e reconstrução da direção de chegada de um Raio Cósmico primário a partir de dados registrados pelo Observatório Pierre Auger e aplicamos tal atividade na forma de um minicurso em uma Escola Pública, na cidade de Sertãozinho SP. Esta atividade aborda conceitos fundamentais, como conservação de energia, centro de massa, velocidade, sistemas de coordenadas, referências de tempo e observação do céu.

abstract: Several short term exogenic forcings affecting Earth's climate are but recently identified. Lunar nutation periodicity has implications for numerical meteorological prediction. Abrupt shifts in solar wind bulk velocity, particle density, and polarity exhibit correlation with terrestrial hemispheric vorticity changes, cyclonic strengthening and the intensification of baroclinic disturbances. Galactic Cosmic ray induced tropospheric ionization modifies cloud microphysics, and modulates the global electric circuit. This dissertation is constructed around three research questions: (1): What are the biweekly declination effects of lunar gravitation upon the troposphere? (2): How do United States severe weather reports correlate with heliospheric current sheet crossings? and (3): How does cloud cover spatially and temporally vary with galactic cosmic rays? Study 1 findings show spatial consistency concerning lunar declination extremes upon Rossby longwaves. Due to the influence of Rossby longwaves on synoptic scale circulation, our results could theoretically extend numerical meteorological forecasting. Study 2 results indicate a preference for violent tornadoes to occur prior to a HCS crossing. Violent tornadoes (EF3+) are 10% more probable to occur near, and 4% less probable immediately after a HCS crossing. The distribution of hail and damaging wind reports do not mirror this pattern. Polarity is critical for the effect. Study 3 results confirm anticorrelation between solar flux and low-level marine-layer cloud cover, but indicate substantial regional variability between cloud cover altitude and GCRs. Ultimately, this dissertation serves to extend short term meteorological forecasting, enhance climatological modeling and through analysis of severe violent weather and heliospheric events, protect property and save lives. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Geography 2013