Extensive air showers’ (EAS) observables sensible to primary cosmic ray mass are a valuable asset in constraining competing astrophysical and particle physics scenarios proposed both to explaining cosmic rays features, such as their all-particle spectra, as well as their origin. These observables, however, need to be interpreted by comparison to EAS simulations, which are a source of great uncertainty. Shower simulations need to rely on a technique called thinning, an algorithm created to reduce computing time and storage requirement. In this work, we evaluate the effects of thinning over the muon production profile of an EAS simulation. For heavier particles it appears that thinned showers generate profiles with a deeper maximum, while results were not conclusive for protons and photon primaries. We investigate the thinning technique by constructing a toy model for shower simulations in which we have full control of the thinning implementation. To that end, we parameterized the energy distribution and particle production multiplicity from proton-air interactions and proton-pion interactions. However, we find that thinning effects over our model were too severe, rendering it impossible to draw further conclusions about its effects on full air showers simulations. / Observáveis sensíveis à composição de raios cósmicos primários em chuveiros atmosféricos extensos são um recurso valioso na constrição de cenários competidores em astrofísica e física de partículas, propostos tanto para explicar características dos raios cósmicos, como o espectro de energia de todas as partículas, quanto sua origem. Estes observáveis, no entanto, precisam ser interpretados por comparação a simulações de chuveiros atmosféricos, que constituem fonte de grandes incertezas. Simulações de chuveiros são dependentes de uma técnica chamada thinning, um algoritmo criado para reduzir o tempo de computação e exigências de armazenamento. Neste trabalho, nós avaliamos os efeitos do thinning sobre o perfil de produção de múons em uma simulação de chuveiro atmosférico. Para partículas mais pesadas, aparentemente, chuveiros sujeitos ao thinning geram perfis com máximos mais profundos, e para prótons e fótons nossas análises foram inconclusivas. Nós investigamos a técnica do thinning construindo um simulador de chuveiros simplificado, em que o total controle sobre a implementação do thinning é garantido. Para este fim, parametrizamos a distribuição de energia e a multiplicidade de partículas em interações de próton com o ar e de píons com o ar. Entretanto, descobrimos que o efeito do thinning sobre o nosso modelo era muito severo, tornando impossível concluir seus efeitos sobre simulações completas.

Orientadores: José Augusto Chinellato, Márcio Aparecido Müller / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T10:08:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Theodoro_VanessaMenezes_M.pdf: 42012954 bytes, checksum: 1cd4d5a5b5ebfd4b0836da1f0709faa6 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O Observatório Pierre Auger foi construído para detectar raios cósmicos de altas energias. Um dos principais objetivos das pesquisas realizadas pelo Observatório Auger, é o estudo da composição de massa dos raios cósmicos primários. O conteúdo muônico dos chuveiros atmosféricos extensos, produzidos a partir das interações dessas partículas primárias no alto da atmosfera, é um dos parâmetros mais sensíveis para o estudo da composição de massa. Ao nível do solo, as partículas detectadas com os 1600 tanques Cherenkov, que constituem o detector de superfície do Observatório, são essencialmente uma mistura de fótons, elétrons e pósitrons, que formam a componente eletromagnética; e os múons da componente muônica dos chuveiros extensos. A contribuição relativa dessas componentes depende do estágio de desenvolvimento do chuveiro e da distância radial ao eixo do mesmo. Nas regiões mais afastadas do eixo do chuveiro, num determinado estagio de seu desenvolvimento, um chuveiro iniciado por um núcleo de ferro, pode sob as mesmas condições que um chuveiro com primário de próton, induzir até 40% mais múons. Um dos métodos possíveis para estimar a contribuição muônica é o uso da estrutura temporal do sinal Cherenkov no detector de superfície. Esses sinais digitalizados em FADCs, mostram que múons induzem picos de sinais acima de um contínuo eletromagnético formado de pequenos picos. De forma que essa estrutura de sinal característica das componentes dependem da distância radial ao eixo do chuveiro. Esse trabalho tem como objetivo contribuir para a identificação e discriminação das componentes muônicas e eletromagnética dos chuveiros, a partir de um desenvolvimento matemático sobre o método de análise ¿Muon Jump¿. O método de jumps é baseado nas estruturais temporais dos sinais das componentes registrados pelos tanques Cherenkov do Observatório Auger e digitalizados em unidades FADCs. Usando essa característica estrutura temporal dos sinais, poderemos estimar o sinal de cada componente, definindo filtros de separação nas distribuições temporais dos sinais das frentes dos chuveiros e nas distribuições das derivadas desses sinais. Partindo dos diferentes sinais depositados por múons e partículas eletromagnéticas nos tanques Cherenkov, fizemos um estudo de contaminação desse sinal muônico pela componente eletromagnética, de forma individual e em frentes de chuveiros atmosféricos. Com isso, definimos o conceito de um filtro a ser aplicado nas distribuições de sinais, que nos permitisse separar de forma eficiente os sinais produzidos pelas partículas / Abstract: The Pierre Auger Observatory was built to detect high-energy cosmic rays. Studies of the mass composition of the highest energy cosmic rays is a major focus of research developed by the Pierre Auger Observatory. The muon content of the extensive air showers produced from the interactions of these primary particles with the atmosphere, is one of the most sensitive parameters to the mass composition. At the ground level, the detected particles by the Surface Detector of the Auger Observatory consists of 1660 water-Cherenkov detectors, are essentially a mixture of photons, electrons and positrons, the electromagnetic component, and muons, the muonic component. The relative contribution of these components depends on the stage developmental stage and on the radial distance of the showers. Far enough from the shower axis at a given development stage, a shower initiated by a iron primary may induce up to 40% more muons than a proton primary under the same conditions. The time structure of the Cherenkov signal profile in the surface detectors of particles reaching ground is used to estimate the muonic contribution. The Cherenkov signals are digitized as FADCs traces, and show that muons induce peaks signal above a continuous electromagnetic formed of small peaks. So this characteristic structure of the muonic and eletromagnetic peaks depend on the radial distance from the shower axis. The goals of my work is to contribute to the identification and discrimination of the eletromagnetic and muonic components, from a mathematical model to apply filters in the signal distributions of the particles. This method is based on the Jump method. Using the detailed time structure of signs, we can estimate the sign of each component, defining a set of separation filters to make an efficient selection of the muonic signal. The different signals deposited by muons and electromagnetic particles in Cherenkov tanks, allowed us to study the electromagnetic contamination in individual muonic signals and in the showers fronts / Mestrado / Física / Mestra em Física

The cosmic rays are the most energetic particles in the universe. Their production, propagation, and detection are objects of studies. Surface detectors aim to identify particles from extensive air showers (EAS) which the result from the cosmic-ray interactions with the atmosphere. Resistive Plate Chambers (RPCs) have shown to be a suitable muon detector to be integrated into the Pierre Auger Observatory. An instrumentation was developed to assembly RPCs in São Carlos (BRA). Data from RPCs already built by our collaborators in Coimbra (POR) were analyzed. The detector efficiency to muons was calculated and is approximately 88%, which is in good agreement with the values quoted in the literature. Direction maps were built to investigate the muon incoming direction and the quantity of matter traversed by the muons. The dependence of the muon flux on the zenith angle was calculated and compared with results from the simulation. A square cosine dependence is expected, though it is seen that the building structure has enough matter to block some of the incident muons and alter the dependence curve. The total muon flux was estimated based on the detector efficiencies and solid angle as 1.6.10−5. mm−2.sr−1. s−1 compared with the literature value of 7.1.10−5 mm−2.sr−1.s−1, which gives an absorption by the building of approximately 77%. / Os raios cósmicos são as partículas mais energéticas do universo. Sua produção, propagação e detecção são objetos de estudos. Os detectores de superfície têm como objetivo identificar partículas dos chuveiros atmosféricos extensos (EAS), o qual é o resultado das interações do raio cósmico com a atmosfera. A Câmaras de Placas Resistivas (RPCs) demonstra ser um detector de múons adequado para ser integrado ao Observatório Pierre Auger. Foi desenvolvida em São Carlos (BRA) uma instrumentação para montagem de RPCs. Dados de RPCs já construídas por nossos colaboradores em Coimbra (POR) foram analisados. A eficiência dos detectores para múons foi calculada como sendo de aproximadamente 88%, o que está de acordo com os valores citados na literatura. Mapas de direção foram construídos para investigar a direção de chegada e a quantidade de matéria atravessada pelos múons. A dependência do fluxo de múons com o ângulo zenital foi comparada com os resultados da simulação. Embora uma dependência com o quadrado do cosseno é esperada, foi constatado que a estrutura do prédio tem matéria suficiente para bloquear parte dos múons incidentes e alterar a curva da dependência. O fluxo total de múons foi estimado baseado nas eficiências do detector e no ângulo sólido é de 1.6.10−5 mm−2.sr−1.s−1. Comparado com o valor da literatura de 7.1.10−5 mm−2.sr−1.s−1 resulta em uma absorção pelo prédio de aproximadamente 77% do fluxo de múons.

Orientador: Pedro Galli Mercadante / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2012

The cosmic rays are the most energetic particles in the universe. Their production, propagation, and detection are objects of studies. Surface detectors aim to identify particles from extensive air showers (EAS) which the result from the cosmic-ray interactions with the atmosphere. Resistive Plate Chambers (RPCs) have shown to be a suitable muon detector to be integrated into the Pierre Auger Observatory. An instrumentation was developed to assembly RPCs in São Carlos (BRA). Data from RPCs already built by our collaborators in Coimbra (POR) were analyzed. The detector efficiency to muons was calculated and is approximately 88%, which is in good agreement with the values quoted in the literature. Direction maps were built to investigate the muon incoming direction and the quantity of matter traversed by the muons. The dependence of the muon flux on the zenith angle was calculated and compared with results from the simulation. A square cosine dependence is expected, though it is seen that the building structure has enough matter to block some of the incident muons and alter the dependence curve. The total muon flux was estimated based on the detector efficiencies and solid angle as 1.6.10−5. mm−2.sr−1. s−1 compared with the literature value of 7.1.10−5 mm−2.sr−1.s−1, which gives an absorption by the building of approximately 77%. / Os raios cósmicos são as partículas mais energéticas do universo. Sua produção, propagação e detecção são objetos de estudos. Os detectores de superfície têm como objetivo identificar partículas dos chuveiros atmosféricos extensos (EAS), o qual é o resultado das interações do raio cósmico com a atmosfera. A Câmaras de Placas Resistivas (RPCs) demonstra ser um detector de múons adequado para ser integrado ao Observatório Pierre Auger. Foi desenvolvida em São Carlos (BRA) uma instrumentação para montagem de RPCs. Dados de RPCs já construídas por nossos colaboradores em Coimbra (POR) foram analisados. A eficiência dos detectores para múons foi calculada como sendo de aproximadamente 88%, o que está de acordo com os valores citados na literatura. Mapas de direção foram construídos para investigar a direção de chegada e a quantidade de matéria atravessada pelos múons. A dependência do fluxo de múons com o ângulo zenital foi comparada com os resultados da simulação. Embora uma dependência com o quadrado do cosseno é esperada, foi constatado que a estrutura do prédio tem matéria suficiente para bloquear parte dos múons incidentes e alterar a curva da dependência. O fluxo total de múons foi estimado baseado nas eficiências do detector e no ângulo sólido é de 1.6.10−5 mm−2.sr−1.s−1. Comparado com o valor da literatura de 7.1.10−5 mm−2.sr−1.s−1 resulta em uma absorção pelo prédio de aproximadamente 77% do fluxo de múons.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-06-08T14:31:19Z No. of bitstreams: 2 Tese - Stefano Castro Tognini - 2018.pdf: 57497993 bytes, checksum: 7f2bc280505dae763265dbf74341c9ca (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-06-08T14:44:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Stefano Castro Tognini - 2018.pdf: 57497993 bytes, checksum: 7f2bc280505dae763265dbf74341c9ca (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-08T14:44:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Stefano Castro Tognini - 2018.pdf: 57497993 bytes, checksum: 7f2bc280505dae763265dbf74341c9ca (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-04-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The interaction of a cosmic ray particle with an element of the atmosphere results in a cascade of particles, known as extensive air showers, which can be divided into three main branches, known as the hadronic, the electromagnetic, and the muonic component. As for the latter, since muons can reach high depths underground, they are generally used to study cosmic rays at different underground depths. The dynamics of extensive air showers is directly connected to the density of the atmosphere, as it defines the probability of particles to decay or interact. As muons are mainly produced from the decay of pions and kaons, and a warmer atmosphere results in higher number of meson decays, such particles are prone to suffer a sea- sonality effect that is directly correlated to the yearly seasonal variations of the atmosphere, an effect that has been verified by a large number of experiments over the past six decades. In 2015 the MINOS experiment presented an anti correlation between the effective temperature of the atmosphere and the seasonality of the muon flux for multiplicities higher than one (i.e. more than one muon track per cosmic ray event). Said anti correlation is not yet fully understood, counting with only a qualitative hypothesis as a probable mechanism. As such, the main goals of this study are to verify the MINOS anti correlation effect and extend the study to verify the seasonality of the effect as a function of different variables in order to improve the understanding of the phenomenon and possible corroborations with the known hypothesis. Two full years of the NOνA Near Detector, ranging from April 2015 to April 2017, were used as the dataset for the analysis. The anti correlation between the multiple muon flux and the effective temperature of the atmosphere is confirmed by the NOνA Near Detector, being in full agreement with the results presented by the MINOS Collaboration. The seasonal effect is also broken down by different variables: i) track separation, ii) zenith angle, iii) track angular separation, and iv) multiplicity. Different regions of these variables represent different energy ranges for the detected underground muons, their hadron parents or the primary particles that originated the cosmic ray shower, being a way to verify any particular dependency with energy. The results show that there are no clear trends in any of the studied variables, except for the multiplicity, in which the intensity of the seasonal variation increases for higher multiplicities. / A interação entre um raio cósmico e algum elemento da atmosfera é responsável por produzir uma cascata de partículas, conhecida como chuveiro atmosférico extenso. Tal cascata pode ser dividida em três principais componentes, conhecidas como hadrônica, eletromagnética e muônica. O fato de que múons são capazes de alcançar grandes profundidades no subsolo, faz com que a última componente citada seja ideal para ser utilizada por detectores subterrâneos para estudar chuveiros atmosféricos extensos. A dinâmica desses chuveiros está diretamente associada à densidade da atmosfera, a qual é um fator determinante nas probabilidades de decaimento ou interação das partículas produzidas ao longo da mesma. Em vista do fato de que muons são produzidos à partir do decaimento de píons e káons, e considerando que uma atmosfera mais quente/fria implica em um maior/menor número de decaimento desses mésons, espera-se que o fluxo de múons de raios cósmicos tenha um sazonalidade anual, um efeito confirmado por um conjunto de experimentos ao longo das últimas 6 décadas. Em 2015 o experimento MINOS apresentou uma anticorrelação entre a temperatura efetiva da atmosfera e a sazonalidade do fluxo de múons para eventos com multiplicidade maior que um (ou seja, mais de uma trajetória detectada por evento de raio cósmico). Tal correlação inversa não é completamente compreendida, contando apenas com uma hipótese qualitativa como provável mecanismo físico. Portanto, os principais objetivos deste estudo implicam em verificar este efeito sazonal invertido no Near Detector do experimento NOνA, além de extender a verificação da sazonalidade de múons múltiplos em função de diferentes variáveis, de forma a trazer uma melhor compreensão sobre o fenômeno e trazer conclusões que possam corroborar com a hipótese mencionada anteriormente. Como forma de atingir os objetivos, desenvolveu-se uma análise usando dois anos de dados do NOνA Near Detector, acumulados entre abril de 2015 e abril de 2017. A anticorrelação entre o fluxo de múons múltiplos e a temperatura efetiva da atmosfera foi confirmada, estando de acordo com os resultados apresentados pelo experimento MINOS. O efeito sazonal foi estudado de acordo com diferente variáveis: i) separação entre trajetórias, ii) ângulo zenital, iii) separação angular e iv) multiplicidade. Diferentes regiões de valores destas variáveis representam diferentes regiões de energia dos múons detectados, dos hádrons que os originaram ou dos respectivos primários. Os resultados mostram que não existem claras correlações em nenhuma das variáveis estudadas, exceto pela multiplicidade, a qual mostra que a intensidade da variação sazonal de múons múltiplos aumenta à medida que a multiplicidade do evento aumenta.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-07-04T20:35:11Z No. of bitstreams: 1 dayaneoliveiragoncalves.pdf: 5780108 bytes, checksum: 66585bbc9ff0f98a7f32499de344449c (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-08T14:48:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dayaneoliveiragoncalves.pdf: 5780108 bytes, checksum: 66585bbc9ff0f98a7f32499de344449c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-08T14:48:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dayaneoliveiragoncalves.pdf: 5780108 bytes, checksum: 66585bbc9ff0f98a7f32499de344449c (MD5) Previous issue date: 2017-04-11 / O calorímetro de Telhas (TileCal) é o calorímetro hadrônico central de um dos experimentos do Grande Colisor de Hádrons (LHC), o ATLAS. O TileCal fornece medidas de energia finamente segmentadas (10.000 canais de leitura) para as partículas incidentes no detector. Análises realizadas nos dados resultantes de colisões de partículas constataram que utilizar as informações da camada radial externa do TileCal, em coincidência com as câmaras de múons (MS) do ATLAS, pode proporcionar uma redução de falsos sinais de trigger (filtragem online) de múons gerados pelas iteração de prótons de baixo momento, na blindagem do feixe do LHC, com o MS. O projeto TileMuon foi desenvolvido para este propósito e sua principal atividade, no programa de atualização ATLAS, é habilitar o TileCal para fornecer as informações de trigger para a primeira etapa de filtragem online para a identificação de múons no ATLAS. Esta dissertação apresenta o estudo, o desenvolvimento e a implementação de uma técnica para a identificação de múons no contexto TileMuon. Técnicas de estimação encontradas na literatura foram aplicadas no contexto do projeto e comparadas. Os resultados para dados experimentais mostraram que o método para a identificação de múons, baseado no filtro casado para ruído gaussiano, obteve o melhor desempenho, em termos de erro de detecção, bem como viabilidade de implementação online, e foi a técnica escolhida para a aplicação. / The Tile Calorimeter (TileCal) is the central hadronic calorimeter of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC). TileCal provides highly-segmented energy measurements for incident particles. Information from TileCal’s outermost radial layer in coincidence with the ATLAS muon chambers can provide a reduction of the fake muon triggers due to slow charged particles (typically protons). The TileMuon project was development aims this purpose and its main activity of the Tile-Muon Trigger in the ATLAS upgrade program is to install and to activate the TileCal signal processor module for providing trigger inputs to the Level-1 Muon Trigger. This dissertation presents the study, the development and the implementation of the Muon identification techniqueinthe TileMuon context. Amplitude estimation techniques found in the literature were applied to the problem and confronted against each other. The results for experimental data shown that the Muon identification based on the maximum likelihood for Gaussian noise achieved the best performance in terms of detection error as well as online implementation feasibility, and it has been the chosen technique for the application.

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

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.