Orientador: Marcelo Moraes Guzzo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-07T11:07:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MouraJunior_CelioAdregade_D.pdf: 3776986 bytes, checksum: 07c139c8c30b32426082bda432e718e0 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Fazemos uma estimativa do número de Chuveiros Atmosféricos Extensos originados por neutrinos do tau em Detetores de Fluorescência como os do Observatório Pierre Auger. Consideramos modelos de produção de neutrinos do elétron e do múon de altíssimas energias em objetos extra galácticos e Defeitos Topológicos, assim como mudança de sabor na propagação dos neutrinos da fonte até a Terra. Para a seção de choque dos neutrinos utilizamos um modelo que extrapola os parâmetros do Modelo Padrão até energias da ordem de 1021 e V. Porém esses parâmetros foram comprovados até a ordem de 1012 e V. gerando incertezas nos números obtidos para altíssimas energias. Concluímos que, dependendo da relação entre fluxo e seção de choque, existe uma região restrita de energia dos neutrinos do tau que pode gerar eventos com chuveiros atmosféricos duplos detectáveis em Detetores de Fluorescência. A energia dos neutrinos do tau deve ser de aproximadamente 1018 e V e o número de eventos pode variar algumas ordens de magnitude em torno de um evento por ano, dependendo dos modelos propostos e das caracteristicas do detetor / Abstract: We calculate the possible number of Extensive Air Showers originated by tau neutrinos in Fluorescence Detectors like the ones of the Pierre Auger Observatory. We consider models of production of electron and muon neutrinos in extra galactic objects and Topological Defects, as well as the possibility of neutrino flavor change in the propagation of the neutrinos between the source and the Earth. The neutrino cross section was calculated by the extrapolation of the standard model parton distribution functions until energies of the order of 1021 e V. However, due to uncertainties in the extrapolation for energies higher than 1012 e V the results are not robust. We conclude that, depending on the relation between flux and cross section, there is a strict range of energy for the tau neutrinos to generate double extensive air showers detectable in Fluorescence Detectors. The tau neutrino energy must be approximately 1018 e V and the event rate can vary some orders of magnitude around one event per year , depending on the flux-cross section relation and detector characteristics / Doutorado / Física das Particulas Elementares e Campos / Doutor em Ciências

Os raios cósmicos de ultra-alta energia (UHECR) são partículas que chegam no topo da atmosfera terrestre com energia acima de 10^{18} eV. Sua composição é uma das chaves para elucidar sua origem que ainda é desconhecida. Devido ao seu baixo fluxo, os UHECR são detectados indiretamente através dos chuveiros atmosféricos extensos (EAS). Em nossa pesquisa desenvolvemos um método de discriminação da composição dos UHECR combinando dois parâmetros característicos destes chuveiros. Um deles é a profundidade na qual o chuveiro atinge seu máximo, tendo o maior número de partículas (X_{max}), e o outro, a densidade numérica de múons a 1000 m do centro do chuveiro (ho_{1000}). Temos como objetivo discriminar chuveiros iniciados por fótons daqueles iniciados por núcleos ou núcleons dado que mesmo uma pequena fração de fótons pode elucidar vários aspectos fundamentais dos UHECR. Nosso método é baseado em simulações de chuveiros, no qual, incluímos os efeitos de detecção e reconstrução, dados pelas técnicas de fluorescência e de superfície. Mostramos que nosso método de discriminação é robusto, mesmo incluindo as incertezas de reconstrução dos múons nos chuveiros que aqui estimamos para as próximas gerações de detectores de superfície. A incerteza do X_{max} será aquela usual da reconstrução pela técnica de fluorescência. Portanto, nossa análise tem um caráter preditivo para a separação da composição dos UHECR com estes parâmetros. Desta forma, nosso método pode ser aplicado aos dados dos observatórios de UHECR que utilizarem a próxima geração de detectores de superfície para reconstrução dos múons dos EAS, tais como as Colaborações Pierre Auger e Telescope Array. / Ultrahigh energy cosmic rays (UHECR) are particles which reach the Earth\'s atmosphere with energy above 10^ eV. Their composition is one of the keys to elucidate their origin which is still unknown. Due their low flux, the UHECR are detected indirectly by Extensive Air Showers (EAS). In this thesis, we develop a method to investigate their composition by simultaneously analyzing two EAS parameters, the depth at which the shower reaches its maximum size, where the number of particles reaches its maximum (X_), and the muon number at 1000 m from the shower core (ho_). We aim at discriminating EAS initiated by photons from those initiated by nucleus and nucleons. Even a small photonic fraction might reveal important fundamental UHECR questions. Our method is based on EAS simulations which includes, the detection and reconstruction by fluorescence and surface detectors. We show that our methodological approach is robust even when muons reconstruction uncertainties are considered. We derive the necessary uncertainty of the next generation of surface detectors that look for detect muons in EAS. As a result, our analysis is predictive in separating photon showers from nucleus and nucleons. Thus, our method can be used as an data analysis tool for UHECR experiments, such as the Pierre Auger Observatory and Telescope Array.

Os raios cósmicos de ultra-alta energia (UHECR) são partículas que chegam no topo da atmosfera terrestre com energia acima de 10^{18} eV. Sua composição é uma das chaves para elucidar sua origem que ainda é desconhecida. Devido ao seu baixo fluxo, os UHECR são detectados indiretamente através dos chuveiros atmosféricos extensos (EAS). Em nossa pesquisa desenvolvemos um método de discriminação da composição dos UHECR combinando dois parâmetros característicos destes chuveiros. Um deles é a profundidade na qual o chuveiro atinge seu máximo, tendo o maior número de partículas (X_{max}), e o outro, a densidade numérica de múons a 1000 m do centro do chuveiro (ho_{1000}). Temos como objetivo discriminar chuveiros iniciados por fótons daqueles iniciados por núcleos ou núcleons dado que mesmo uma pequena fração de fótons pode elucidar vários aspectos fundamentais dos UHECR. Nosso método é baseado em simulações de chuveiros, no qual, incluímos os efeitos de detecção e reconstrução, dados pelas técnicas de fluorescência e de superfície. Mostramos que nosso método de discriminação é robusto, mesmo incluindo as incertezas de reconstrução dos múons nos chuveiros que aqui estimamos para as próximas gerações de detectores de superfície. A incerteza do X_{max} será aquela usual da reconstrução pela técnica de fluorescência. Portanto, nossa análise tem um caráter preditivo para a separação da composição dos UHECR com estes parâmetros. Desta forma, nosso método pode ser aplicado aos dados dos observatórios de UHECR que utilizarem a próxima geração de detectores de superfície para reconstrução dos múons dos EAS, tais como as Colaborações Pierre Auger e Telescope Array. / Ultrahigh energy cosmic rays (UHECR) are particles which reach the Earth\'s atmosphere with energy above 10^ eV. Their composition is one of the keys to elucidate their origin which is still unknown. Due their low flux, the UHECR are detected indirectly by Extensive Air Showers (EAS). In this thesis, we develop a method to investigate their composition by simultaneously analyzing two EAS parameters, the depth at which the shower reaches its maximum size, where the number of particles reaches its maximum (X_), and the muon number at 1000 m from the shower core (ho_). We aim at discriminating EAS initiated by photons from those initiated by nucleus and nucleons. Even a small photonic fraction might reveal important fundamental UHECR questions. Our method is based on EAS simulations which includes, the detection and reconstruction by fluorescence and surface detectors. We show that our methodological approach is robust even when muons reconstruction uncertainties are considered. We derive the necessary uncertainty of the next generation of surface detectors that look for detect muons in EAS. As a result, our analysis is predictive in separating photon showers from nucleus and nucleons. Thus, our method can be used as an data analysis tool for UHECR experiments, such as the Pierre Auger Observatory and Telescope Array.