Orientador: Carlos Ourivio Escobar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T18:57:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peixoto_CarlosJoseTodero_D.pdf: 15351567 bytes, checksum: 33b4f282f53a5669d23f8170b3bbf392 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Desde os primeiros Raios Cósmicos de alta energia detectados por Pierre Auger na década de 30, toda a comunidade de Física de Radiação Cósmica procura técnicas matemáticas e métodos estatísticos mais adequados para analisar estes eventos. Estes processos de análise são imprescindíveis na estimativa da energia da partícula primária, bem como no cálculo do ângulo de chegada q . A estimativa desta energia e do ângulo q é o final de toda uma rede de trabalho e o começo de uma nova linha de pesquisa na busca pelas possíveis fontes que produziram tais eventos. Ao longo deste trabalho refizemos o princípio de reconstrução dos "chuveiros de Auger", os chamados "Chuveiros Atmosféricos Extensos" ( C.A.E.), utilizando um conceito relativamente novo de estatística, hoje denominada Estatística Robusta. O Método dos Mínimos Quadrados ou Least Square -LS, apresentado por Gauss e Legendre, possuía limitações que eles próprios já reconheciam e tentaram resolver, sem sucesso. Desde fins do século XVIII e come¸ co do século XIX, os métodos estritamente paramétricos, em especial o Método dos Mínimos Quadrados e a média aritmética, foram questionados quando utilizados para descrever distribuições pouco comportadas ou com grandes utuações. Algumas das principais questões estavam relacionadas a como tratar pontos muito distantes da distribuição principal (os chamados outliers) e como estes influenciavam a própria distribuição. A saída convencional mais utilizada foi a rejeição dos outliers e de pontos que apresentassem grandes desvios em relação a média. Porém, a perda de informações sobre a própria distribuição tornava-se inevitável. O modelo paramétrico mostrou-se apenas uma aproximação da realidade, uma vez que as flutuações, apesar de serem consideradas, não são "bem-vindas"; são vistas apenas como um erro inerente à observação. Então, no fim do século XIX apareceram as primeiras tentativas de extrair informação das flutuações, classificando-as e as considerando parte integral da descrição da distribuição. Se um método estatístico for capaz de descrever os dados observados, incluindo e classificando as flutuações inerentes, este passa a ser conhecido como "Método Robusto" ou "Estatística Robusta", onde a nomenclatura "Robusta" está relacionada à capacidade do método ou modelo de "resistir" às flutuações fornecendo uma descrição da realidade com razoável independência destas mesmas flutuações. Com base em dois métodos robustos, Mínima Mediana Quadrada (Least Median Square - LMS) e Mínimos Quadrados "Aparados" (Least Trimmed Square - LTS), aplicamos estes nos ajustes da Função Distribuição Lateral de Chuveiros (Lateral Distribution Function - LDF) extraindo o valor de S 1000, parâmetro necessário para estimar a energia da partícula primária. Os valores para S1000 calculados a partir de estatística convencional (Mínimos Quadrados) e estatística robusta (LMS e LTS) são comparados. O valor de S1000, para chuveiros de mesma energia, depende do ângulo q dos primários, já que o CAE sofre atenuação na atmosfera, atenuação esta tanto maior quanto maior, for q . Para levar em conta a atenuação no cálculo do espectro de energia, em que todos os ângulos de chegada são considerados (até 60 graus), é introduzido o parâmetro S38, onde 38 graus é a mediana dos dados do Auger. A atenuação é calculada usando-se o método do Constant Intensity Cut (CIC) o qual depende da validade de várias hipóteses. As três hipóteses supostas pela Colaboração Auger são apresentadas neste trabalho. Correlacionamos, assim, todos os novos valores de S38 com os valores da chamada "Energia Híbrida", obtida diretamente do programa de análise da Colaboração Auger. Esta correlação nos permite recorrigir a energia com base em detecção híbrida, que é a grande vantagem do Observatório Pierre Auger. Esta correlação nos permite estabelecer a escala de energia ou calibração do detector de superfície com base na determinação calorimétrica da energia feita pelo detector de flurescência, que é o grande avançoo trazido para o campo pelo Obvservatório Pierre Auger. Com os novos resultados de energia, refizemos os cálculos de minimização para a correlação de radiação cósmica com fontes extra-galácticas obtendo correlações que não estão em correspondência biunívoca com aquelas obtidas pelo método convencional de análise. Por fim fazemos uma análise das próprias estações outliers tentando extrair alguma informação relacionada à performance do detector de superfície. Os apêndices incluídos após as conclusões foram colocados neste trabalho apenas por motivos didáticos como consulta rápida para o leitor leigo em métodos de detecção de radiação cósmica / Abstract: Since the first ultra high-energy cosmic rays detected by Pierre Auger (the 30s) the entire community of Physics of Cosmic Rays search for mathematical techniques and more appropriate statistical methods to analyze these events. These analysis processes are essential for the estimate of the energy of the primary particle as well as in the calculation of the angle of arrival q . The estimate of the energy and the angle q is the end of a long chain of analysis and the beginning of a new line of research in the search for the possible sources that produced such events. Throughout this work we re-analysed the reconstruction chain of the "Auger showers", the socalled "Extensive Air Showers - EAS", using a relatively new concept of statistics, known as Robust Statistics. The Least Square Method - LS, presented by Gauss and Legendre had limitations already recognized by themselves who tried to overcome them without success. Since the end of the eighteenth century and beginning of the nineteenth century, strictly parametric methods, especially the Least Squares and the arithmetic average, were questioned when used to describe distributions with bad behavior or with large uctuations. Some of the main issues were related to how to deal with points far way from the main distribution (the so-called outliers) and how it in uenced the main distribution. The more conventional way out used was the rejection of the outliers and points that produced large deviations from average. But the loss of information about the distribution was inevitable. The parametric model proved to be only an approximation of reality, since uctuations, despite being considered, are not "welcome"; are seen only as an error inherent in observation. Then, at the end of the nineteenth century there appeared the first attempts to extract information from uctuations sorting them out and considering them as an integral part of the description of the distribution. Whether a statistical method is able to describe observed data, including and sorting the uctuations inherent, then becomes known as "Robust Method" or "Robust Statistic", where the nomenclature "Robust" is related the ability of the method or model to "Resist" the uctuations by providing a description of reality with reasonable independence these same uctuations. Based on two robust methods: Least Median Square - LMS and Least Trimmed Square - LTS; we apply these to adjust the Lateral Distribution Function - LDF extracting the value of S1000, parameter needed to estimate the energy of the primary particle. The values for S1000 calculated from conventional statistic (Least Square) and robust statistic (LMS and LTS) are compared. The parameter S1000 is dependent on the angle of arrival of the shower, then we apply a correction factor called S38. This correlates S1000 and and, currently, there are several ways to calculate this factor. The three hypotheses most used by Auger Collaboration are presented in this work. We then correlate all new values of S38 with the values of the so-called "Hybrid Energy", obtained directly from analysis software of the Auger Collaboration. This relationship allows us to correct the energy based on hybrid detection that is great advantage of the Pierre Auger Observatory. This relationship allows us to establish the energy scale or calibration of the surface detector on the basis of the calorimetric determination of the energy done by the uorescence detector which is the great advancement brought to the field by the Pierre Auger Observatory. With the new results for the energy we reanalysed the the correlation with extra-galactic sources of cosmic ray getting new correlations, which are absent in the conventional methods of analysis. Finally we make an analysis of the surface stations outliers by themselves trying to extract some information relevant for their performance. Appendices included after the conclusions were placed in this work only for a rapid consultation by lay readers in methods of detection of cosmic rays / Doutorado / Teorias Especificas e Modelos de Interação ; Sistematica de Particulas ; Raios Cosmicos / Doutor em Ciências

Há várias evidências experimentais da existência de matéria escura no universo. Apesar destas evidências, pouco se sabe sobre sua constituição, sabendo-se apenas que interage gravitacionalmente, mas não eletromagneticamente. Neste projeto, investigamos a possibilidade da matéria escura ser composta por partículas supermassivas e fortemente interagentes (Simpzillas). Para isto determinamos o sinal que deve ser deixado no telescópio IceCube por neutrinos resultantes de aniquilações de matéria escura no Sol. Após determinarmos o espectro de neutrinos no centro do Sol, simulamos sua propagação até a superfície, depois até a Terra e através da Terra até o detector. Comparamos então estes resultados com os fornecidos pelo IceCube. Esta comparação permite testar uma região do espaço de fase massa versus seção de choque previamente não-excluída por outros tipos de experiência que não telescópios de neutrinos. Como resultado, concluímos que partículas supermassivas e fortemente interagentes não podem constituir a matéria escura. / There are many experimental evidences for the existence of dark matter in the universe. Despite these evidences, there is no knowledge about its constitution other than the fact that it interacts gravitationally but not electromagnetically. In this project, we investigate the possibility that dark matter is composed of strongly interacting massive particles (Simpzillas). We determine the expected signal in the IceCube telescope from Simpzilla annihilation in the center of the Sun. We first determine the neutrino spectrum in the core of the Sun. We then simulate its propagation through both the Sun and Earth, and finally the rate of neutrinos at the detector. A comparison of these results to the ones published by the IceCube collaboration covers a large region of the yet not excluded regions of the mass versus cross-section phase space. As a result, the possibility of Simpzillas composing the dark matter is ruled out.

A hipótese de que a matéria estranha de quarks (um plasma composto por quarks up, down e strange em quantidades aproximadamente iguais) é estável `a pressão nula vem sendo considerada há mais de vinte anos, tanto teoricamente quanto em experimentos específicos para sua eventual detecção. Se a matéria estranha é de fato estável, então poderia haver importantes implicações para a Astrofísica. Entre as mais estimulantes destas implicações está a possibilidade de conversão da matéria nuclear ordinária em matéria estranha no interior das estrelas de nêutrons devido ás altíssimas densidades ali encontradas. Processos tais como coalescência em binárias de estrelas de nêutrons e as próprias supernovas, eventos responsáveis pelo nascimento destas estrelas, poderiam ejetar estruturas finitas de matéria estranha, chamadas strangelets (equivalentes aos núcleos), no meio interestelar. Desta forma, strangelets estariam presentes entre os primários de raios cósmicos e seriam sujeitas a processos elementares análogos aos núcleos ordinários. Nesta Tese, as strangelets são estudadas desde os prováveis sítios para sua produção astrofísica, passando por interações com a matéria do meio interestelar, ate a chegada ás imediações terrestres. Estima-se o fluxo de strangelets de baixa energia que poderia ser mantido aprisionado na magnetosfera da Terra, bem como são estudados os processos de suas interações com componentes da atmosfera, com vistas às assinaturas observacionais então resultantes. Desta forma, são determinadas as características relevantes para a identificação destes exóticos por experimentos que testam o fluxo de raios cósmicos, ajudando na melhor compreensão das propriedades da matéria nuclear em alta densidade bariônica e baixa temperatura. / The strange quark matter hypothesis, which states that a plasma composed of quarks up, down and strange in roughly equal amounts is absolutely stable at zero pressure, has been studied for more than twenty years, both theoretically and during searches for its detection in specific experiments. If strange quark matter is indeed stable, then there could be important implications for the field of Astrophysics. Among the most stimulating ones is the possibility of conversion of ordinary nuclear matter in strange quark matter in the interior of neutron stars due to the extremely high densities reached in the core of these compact objects. Processes such as the merger in neutron star binaries systems and supernovae themselves, responsible for the birth of these stars, may eject lumps of strange quark matter, termed strangelets, in the interstellar medium. In this way, strangelets may be present among the cosmic ray flux and be subjected to elementary processes much in the same way as ordinary nuclei. In this Thesis, strangelets are studied from their likely astrophysical production sites, passing through the interstellar medium until they reach the Earth neighborhood. Estimates of the low energy flux of strangelets that could be trapped in the terrestrial magnetosphere are given. Also, the interaction of these particles with components in the Earth atmosphere are studied with the aim of providing better understanding of the resulting observational signatures. It allows the determination of the relevant characteristics for the identification of these exotics by experiments testing the cosmic ray flux, helping to better understand the properties of nuclear matter at high densities and low temperatures.

Orientadores: José Pissolato Filho, Pierre Kaufmann / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T01:41:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duro_MagdaAparecidaSalgueiro_D.pdf: 3861523 bytes, checksum: f5896319d2a3653a7903f977210f3ac1 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A atual dependência da sociedade aos diversos sistemas tecnológicos em funcionamento na Terra traz uma constante preocupação pela sua vulnerabilidade a fatores menos conhecidos. As possíveis falhas no fornecimento de energia elétrica podem ocasionar transtornos de grande impacto às comunidades podendo acarretar perdas financeiras expressivas. Diversos fatores podem ocasionar falhas nas linhas de transmissão, entre eles, os fatores climáticos. Nesse contexto, são pouco conhecidas as influências qualitativas de distintos fatores, destacando-se os efeitos do denominado clima espacial. Há indicações que o clima espacial influencia a alta atmosfera terrestre, com repercussão no clima bem como em sistemas de engenharia em operação na Terra. As redes de transmissão de alta tensão representam um grande circuito elétrico pouco acima do solo sujeito a uma série de sobrecargas temporárias de vários tipos, algumas das quais podem levar a falhas. Algumas destas falhas podem estar relacionadas ao ambiente geofísico. Neste trabalho foi analisada uma base de dados sem precedentes de falhas em linhas de transmissão por um longo período (nove anos) numa grande malha localizada no Estado de São Paulo (sudeste do Brasil). O período estudado (1998-2006) compreende uma significativa fração do ciclo de atividade solar 23. A concessionária responsável (ISA.CTEEP) pela operação das linhas estudadas classifica as falhas em noventa e cinco tipos distintos de causas possíveis, sendo que a maior parte está relacionada às descargas atmosféricas. Este estudo está relacionado aos desligamentos devido às descargas atmosféricas, em duas redes de alta voltagem da companhia, de 138 kV e de 440 kV. No período estudado, estes desligamentos correspondem a 1.957 (42,80%) num total de 4.572 para a linha de 138 kV e de 170 (22,28%) sobre 763 para a linha de 440 kV. Equivale a menos de um a cada dez mil do número total de descargas atmosféricas ocorridas na mesma área, o que demonstra alta resiliência das redes de potência em relação aos raios. Durante a época das chuvas, há uma maior concentração de desligamentos. Para todo o período estudado houve redução de 67% e 77% no número de desligamentos devido às descargas atmosféricas, para as linhas de 138 kV e 440 kV, respectivamente, havendo uma boa correspondência com a redução do número de manchas solares. Nenhuma correlação foi encontrada em relação às atividades geomagnéticas caracterizadas pelo índice planetário (Kp) e pelas grandes tempestades (Dst) tanto em longos quanto em curtos prazos. Uma explicação sugerida associa a diminuição da atividade solar ao aumento da condutividade na atmosfera causada pelo maior fluxo de raios cósmicos. Consequentemente poderá ocorrer uma redução do limiar de voltagem necessário para produzir descargas atmosféricas para provocar desligamentos nas redes de alta voltagem. O circuito elétrico global descrito pelo acoplamento ionosfera-terra (a eletrosfera) exerce um papel importante para explicar a redução dos desligamentos. Com o aumento da condutividade atmosférica as descargas são menos potentes, resultando em menor número de desligamentos com o decréscimo do ciclo solar / Abstract: The current society dependence on the operating technological systems on the Earth brings a permanent concern for their vulnerability to not well known factors. Possible failures in electricity supply can cause inconveniences with large impact to the communities, which may cause significant financial losses. Different factors can cause failures in the transmission networks, including, climate factors. In this context, the influences of various qualitative factors, especially the effects of space weather are not well known. There are indications that space weather affects the upper atmosphere, with repercussions on the climate as well as in engineering systems in operation on Earth. High-voltage transmission networks represent large electrical circuits just above the ground which are subjected to a number of transient overcharges of various kinds, some of which may lead to failures. Some failures might be related to anomalies of the geophysical environment. In the present study we analyze a database consisting in a one unprecedented long series of transmission grid failures (nine years) on high-voltage networks located in São Paulo state (southeastern Brazil). The studied period (1998-2006) includes an important fraction of the solar activity cycle 23. The company responsible by the power grid operator (ISA.CTEEP) classifies causes in ninety-five distinct failure classes to explain the transmission grid shut downs. Most of the failures were attributed to atmospheric discharges. We have studied the failures attributed to atmospheric discharge, in the two power grids of the company, 138 kV and 440 kV. The failures attributed to atmospheric discharge correspond to 1.957 (42.80%) for a total 4.572 at 138 kV and to 170 (22.8%) out of 763 at 440 kV. They correspond to less than one ten thousandth of the actual number of atmospheric discharges recorded in the same area, demonstrating the grid's high resilience to breakdowns due to lightning. A clear concentration of failures in the region's thunderstorm season has been found. A significant 67% and 77% reduction in the number of failure rates has been found for the 138 and 440 kV grids, respectively, for the period studied, in good correspondence with the decay in the sunspot numbers. No obvious correlation was found between power failures and geomagnetic activity, represented by (Kp) the planetary index or major geomagnetic storms (Dst) in the period, either on short or on long time scales. One suggested explanation associates the decrease in solar activity to the increased conductivity in the atmosphere caused by increase cosmic ray flux. Consequently there may be a reduction in the threshold voltage necessary to produce discharge atmospheric to cause failures in high-voltage grids. The global electric circuit described by the ionosphere-ground coupling (the electrosphere), plays an important role in explaining the reduction the failures. With increase in conductivity atmospheric discharges are less potent, resulting in fewer failures with the decreasing solar cycle / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Ernesto Kemp / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-20T15:39:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batista_RafaelAlves_M.pdf: 8040703 bytes, checksum: 596e886c4828986af7fb003ba71adf9b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Campos magnéticos cósmicos são ubíquos e estão presentes em todas as escalas, desde os planetas até os superaglomerados de galáxias. Sabe-se que o campo magnético da Via Láctea possui uma componente regular, que tem uma estrutura espiral, e uma componente aleatória. Muitas questões acerca do magnetismo galáctico ainda permanecem sem respostas, e o modelo de espiral mais adequado para descrever as observações é incógnito. Uma possibilidade pouco explorada para estudar o campo magnético da Via Láctea é utilização de informações relacionadas à propagação de partículas carregadas através da mesma. Neste contexto estão inseridos os raios cósmicos ultra-energéticos, as partículas mais energéticas do universo, cuja origem, composição química e mecanismos de aceleração e propagação não são bem compreendidos. A deflexão de partículas provenientes da mesma fonte no campo magnético galáctico pode gerar estruturas filamentares com eventos ordenados por energia, os chamados multipletos, sendo esta uma assinatura única deixada pelo campo em mapas contendo direções de chegada de raios cósmicos. Neste trabalho é apresentado um método inédito para estudos do campo magnético galáctico, através da identificação e análise da orientação de multipletos nestes mapas. Este método baseia-se na transformada de wavelets na esfera, que permite amplificar a razão sinal-ruído e fazer reconhecimento de padrões, de forma a identificar multipletos imersos em ruído de natureza estocástica. Na primeira parte do trabalho o método foi aplicado a dados simulados visando obter a orientação esperada para multipletos oriundos de fontes em diversas partes da esfera celeste, segundo diferentes modelos de campo magnético galáctico. Na segunda parte do trabalho, aplicou-se o método a eventos detectados pelo Observatório de Raios Cósmicos Pierre Auger. A confrontação dos resultados de dados reais e simulações permite restringir modelos de campo magnético galáctico / Abstract: Cosmic magnetic fields are ubiquitous and are present in all size scales, from planets to superclusters of galaxies. The magnetic field of the Milky Way has a regular component, with a spiral structure, and a random component. Many questions concerning galactic magnetism still remain unanswered, and the spiral model which best fits the observations is unknown. An underexplored possibility to probe these fields is to use information related to the propagation of charged particles through them. In this context, an interesting probe are the ultrahigh energy cosmic rays, the most energetic particles in the universe, whose origin, chemical composition and mechanisms of acceleration and propagation are not well-understood. The deflection of particles coming from the same source can generate threadlike structures with events ordered by energy, the so-called multiplets, which imprints a unique signature of the galactic magnetic field in maps containing arrival directions of cosmic rays. In the present work it is presented a novel method to probe the galactic magnetic field, by identifying and analysing the orientation of multiplets in these maps. This method relies on the spherical wavelet transform, which is capable of amplifying the signal-to-noise ratio and perform pattern matching, so that it is possible to identify multiplets embedded in a stochastic background. In the first part of this work the method is applied to simulated data, aiming to obtain the expected orientations for multiplets associated to sources in several regions of the celestial sphere, according to different models of galactic magnetic field. In the second part of the work the method was applied to events detected by the Pierre Auger Observatory. A confrontation between the results using real and simulated data allows one to impose constraints to galactic magnetic field models / Mestrado / Física / Mestre em Física

Cette étude s’inscrit dans le domaine de la microélectronique. Elle consiste à étudier l’impact de la morphologie 3D du dépôt d’énergie sur la modélisation des événements singuliers (SEE) induits par les muons atmosphériques. La démarche a consisté dans un premier temps à modéliser le dépôt d’énergie induits par des protons dans des volumes nanométriques. Pour cela, le code Monte-Carlo GEANT4 a permis de simuler et de stocker dans une base de données, les caractéristiques des traces des dépôts d’énergie des protons. Une fois la démarche validée pour les protons, des simulations du dépôt d’énergie induit par des muons ont été réalisées. Une caméra CCD a été utilisée afin de réaliser des mesures de l’environnement radiatif atmosphérique et de contraindre la modélisation des dépôts d’énergie induits par les muons. Cette étude met en évidence et quantifie l’apport de considérer la distribution radiale du dépôt d’énergie induit par des protons pour des volumes nanométriques, dans les calculs de prédiction des SEE. En revanche, l’étude montre que la considération de la distribution radiale du dépôt d’énergie induit par des muons dans des volumes nanométriques a un impact négligeable sur la modélisation des SEE. Il serait intéressant de réaliser des mesures du dépôt d’énergie induit par des muons dans des technologies nanométriques sous accélérateur. Cela permettrait d’apporter des données expérimentales encore inexistantes, nécessaires au développement de nouveaux modèles physiques plus précis sur la modélisationdu dépôt d’énergie induit par des muons. / This study concerns the domain of the microelectronics. It consists in the studyof the impact of the 3D morphology of the energy deposit on the Single EventEffect (SEE) modeling, induced by atmospheric muons. Over a first phase, theapproach has consisted in the modeling of the energy deposit induced by protonsin nanometric volumes. For that purpose the use of the Monte Carlo code GEANT4has allowed to simulate and stock in a database the tracks characteristics of theenergy deposit induced by protons. Once the approach validated for the protons,simulations of the energy deposit induced by muons have been realized. A CCDcamera has been used in order to measure the radiative atmospheric environmentand to constrain the modeling of the energy deposit induced by muons. This studyhighlights and quantify the contribution of the radial distribution of the energydeposit incuced by protons in nanometric volumes for the SEE prediction. On theother hand, the study shows that the contribution of the radial distribution of theenergy deposit induced by muons in nanometric volumes has a negligeable impacton the SEE modeling. It will be interesting to realize measurements of the energydeposit induced by muons in nanometric technologies under accelerator. This willallow to bring experimental data still nonexistant necessary to the developpmentof new physical models more accurate on the modelization of the energy depositinduced by muons.

SALT HRS (Southern African Large Telescope High Resolution Échelle Spectrograph) is a high-resolution, high-efficiency spectrograph for the 11m SALT telescope in Sutherland, South Africa. The initial optical design work was performed at the University of Canterbury, New Zealand. Revisions to the concept, the mechanical design, manufacture, assembly and testing have been handled by the Centre for Advanced Instrumentation, at Durham University in the United Kingdom. SALT HRS is a fibre-fed echelle grating spectrograph with four operational modes: low-, medium- and high-resolution and high-stability modes, having spectral resolutions of R ≈16000, 37000, 67000 and 67000 respectively over a wavelength range of 370-890nm. The instrument is of a dual channel, ‘white pupil’ design, in which the primary mirror acts to collimate light onto a single R4 echelle grating, and also to focus dispersed light to an intermediate focus. A dichroic beam-splitter separates the dispersed light into two separate spectral channels. Spherical pupil mirrors transfer the separated beams via a fold mirror to two wavelength-specific volume-phase holographic gratings (VPHGs) used as cross-dispersers. Cross-dispersed spectra are then imaged by two fully dioptric camera systems onto optimized CCD detectors. This thesis presents the results of the laboratory testing and specification of several critical sub-systems of SALT HRS, as well as the development of key software tools for the design verification and operation at the telescope. In Chapter 1 we first review the technical development of high-resolution spectroscopy and its specific implementation in SALT HRS. In Chapter 2 we develop a comprehensive throughput model of the entire system based on a combination of as-built performance and specific throughput measurements in the laboratory. This is used to make some specific predictions for the on-sky performance of SALT HRS and the magnitude limits for science targets. We also present a graphical exposure time calculator based on these measurements which can be used by an astronomer to plan their observations with SALT HRS. Chapter 3 contains a detailed treatise on the optical fibre system of SALT HRS. Considerations for the use of optical fibres in astronomy are provided, as are details of an optional double scrambler, and the various instrument fibre modes. Extensive measurements of focal ratio degradation (FRD) are also presented, with testing of input beam speed; wavelength; fibre bending; variable pupil mirror illumination; and vacuum tank pressure dependency. The systems for fibre management are reviewed, as is the fibre bundle assembly process. Testing of two further sub-systems is described in Chapter 4. Firstly the long-term stability of the mirror mounting mechanisms is determined. The advantages of cross-dispersion of echelle spectra using volume-phase holographic gratings are then discussed, and the results of diffraction efficiency measurements are given for both red and blue channel gratings. Modern CCD technologies are examined in Chapter 5, and the blue detector is experimentally characterized using photon transfer and quantum efficiency curves. It is also used for an investigation into cosmic ray events in CCDs. Results from shielding the detector using lead are described, as is an attempt to distinguish the source of the events based on their morphology. Finally, Chapter 6 deals with the handling of data produced by SALT HRS. Methods of wavelength calibration of the spectra are discussed, including the use of Thorium-Argon lamps and an iodine absorption cell. The implementation of a Python based quick-look data reduction pipeline is reviewed, with a description of the processes performed. A summary of the thesis is given in Chapter 7.

L’objectif de cette thèse est d’améliorer la détermination de la masse des rayons cosmiques d’ultra haute énergie faite à l’Observatoire Pierre Auger. Aujourd’hui cette mesure est faite à travers l’utilisation de télescopes à fluorescence qui nécessitent des conditions de luminosité spéciales réduisantle cycle utile à environ 10%. Trois approches différentes sont proposées:La première approche est une nouvelle analyse. Les muons issus des gerbes horizontales sont déviés par le champ magnétique terrestre. Cette déviation modifie l’empreinte au sol des gerbes atmosphériques et est fonction de la longueur de parcours des muons. Un estimateur de Xμmax, leur point de productionmaximum, qui dépend de la masse du primaire peut être construit.La deuxième approche explore la détection du rayonnement radio émis par les gerbes atmosphériques, une technique similaire à la fluorescence mais sans limitation du cycle utile. La détection du rayonnement de Bremsstrahlung moléculaire est revue et explorée de différentes manières.La troisième approche propose un nouveau type de détecteur pour le réseau de surface, ces détecteurs ayant une réponse distincte aux différentes composantes des gerbes atmosphériques : électromagnétique et muonique. La mesure de la composante muonique est aussi un moyen d’accéder à la nature du primaire.La nouvelle analyse semble un outil prometteur qui peut s’appliquer à tout lot de données. La radio-détection en revanche n’apparaît pas comme une alternative compétitive face aux techniques traditionnelles. Le nouveau détecteur offre de belles perspectives et devrait être considéré pour l'équipementdes futurs observatoires. / The motivation of this PhD thesis is to improve the capabilities to determine the mass composition of the ultra-high energy cosmic rays in the Pierre Auger Observatory. The measure of their mass composition is done with the fluorescence technique, that needs special luminosity conditions that reduce the exposure time to about 10% of the time. Three different approaches are proposed.The first approach is a new analysis. Muons in the horizontal showers are deviated by the magnetic field of the Earth. This deflection is related with different characteristics of the extensive air shower that allow the construction of an estimator to obtain an alternative measure of Xμmax, an observable sensitive to the mass of the primary.The second approach is to explore the detection of the radio emission produced in the extensive air showers, a technique similar to the fluorescente one, but without the limitations in the duty cycle. The detection of the Molecular Bremsstrahlung Radiation emission is revised and investigated from different points of view.The third approach is to propose a new surface detector that obtains different responses to the different components of the extensive air shower: electromagnetic and muonic. The access to the muonic component is another way to access to the composition of the primary particle.The new method of analysis proposed appears as a promising tool to be applied in any data set. The technique of the radio detection did not show clear indications of being an alternative to traditional techniques. The new detector represents a promising alternative to be considered in any future ultra-high energy cosmic rays experiment.

Orientador: Carola Dobrigkeit Chinellato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T01:00:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_JoaoPauloCaminhaCascudo_M.pdf: 7322384 bytes, checksum: e50136f5ec9d16fff8fd6a15ba64b5f0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho estuda-se a propagação pelo meio intergaláctico de raios cósmicos ultra-energéticos partindo de fontes com distribuição espacial uniforme, considerando as perdas de energia ocasionadas pela expansão adiabática do universo e pelas interações com a Radiação , Cósmica de Fundo (produção de pares e-e+ e fotoprodução de píons), o que resulta no aparecimento do corte GZK (Greisen-Zatsepin-Kuzmin). A degradação de energia no espectro primário da radiação cósmica que chega ao topo da atmosfera terrestre é então analisada para diferentes redshifts das fontes injetoras. São utilizadas simulações de Monte Carlo bem como uma abordagem analítica, com a posterior comparação dos resultados obtidos em cada método. Uma vez conhecido o fluxo propagado, é feita uma estimativa da forma da resolução de energia do Observatório Pierre Auger, com a decorrente convolução desta resolução com o fluxo propagado, novamente utilizando-se ambos os métodos. Os resultados mostram que o corte GZK pode se mostrar severamente atenuado no fluxo convoluído, o que dificulta a sua constatação experimental / Abstract: In this work, we study the propagation of Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECR) which are injected into the intergalactic medium by sources with flat spatial distribution for several redshifts. The energy spectrum of UHECR observed on the Earth is directly influenced by the energy losses due to both the adiabatic expansion of the universe and interactions with the Cosmic Microwave Background radiation (e-e+ pair production and photoproduction of pions), which cause the so-called Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) cutoff. We perform Monte Carlo simulations and also consider a semi-analytical approach and compare the results obtained by each method. Once the propagated primary flux is known, we make a simple estimate of the shape of the Pierre Auger Observatory energy resolution. This resolution is folded with the propagated primary flux again utilizing both methods. The results show the GZK cutoff may be severely smeared and might not be detected as sharp as predicted. / Mestrado / Teorias Especificas e Modelos de Interação ; Sistematica de Particulas ; Raios Cosmicos / Mestre em Física

Orientador: José Augusto Chinellato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T07:17:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreno_ThiagoVictor_M.pdf: 9704369 bytes, checksum: 4998048904230625e6cb929460a8f975 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho o programa CORSIKA foi utilizado para gerar eventos de colisão próton-próton e chuveiros atmosféricos extensos com partícula primária sendo próton ou ferro. Como modelo de interações hadrônicas usou-se o EPOS LHC, QGSJET 01c, QGSJET II-4 e SIBYLL 2,1. As colisões p-p foram simuladas com energia igual a 7 TeV no referencial centro de momenta e foi estudada a distribuição de multiplicidade de hádrons carregados e a densidade em pseudorapidez. Comparando estes observáveis com dados do CMS escolheu-se os modelos que melhor reproduzissem os dados para posteriormente, simular chuveiros atmosféricos extensos. Estes chuveiros foram gerados com partícula primária de energia igual a 1019eV no referencial do laboratório. Observou-se a densidade de múons na altitude do Detetor de Superfície do Observatório de raios cósmicos Pierre Auger. O objetivo é estudar a possibilidade de usar esta densidade para sondar modelos de interações hadrônicas e identificar a partícula primária dos eventos detetados pelo Observatório Pierre Auger / Abstract: In this work CORSIKA program was used to generate events from proton-proton collision and extensive air showers with primary particle being proton or iron. The hadronic interaction models used was EPOS LHC, QGSJET 01c, QGSJET II-4 and SIBYLL 2,1. The p-p collisions were simulated with energy equal to 7 TeV in the center of momenta reference system and the charged hadron multiplicity and the pseudorapidity density was studied. Comparing this with data collected by the CMS detector at the LHC it was chosen the best models to generate air showers. The extensive air showers were generated with primary particle energy equal to 1019 eV in the laboratory frame. It was observed the muon density in the altitude of the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory. The objective is to study the possibility of using this density to probe the model and the primary particle of the events detected by the Pierre Auger Observatory / Mestrado / Física / Mestre em Física