Orientador: Carola Dobrigkeit Chinellato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-26T03:41:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SouzaFilho_LuizVitorde_M.pdf: 1518149 bytes, checksum: 66f8abecc0d6ee8a9a04da771982f58d (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho, discutirei a utilização do tempo de chegada dos fótons Cerenkov como técnica de distinção da partícula primária em chuveiros atmosféricos extensos. Os telescópios de luz Cerenkov mostraram ser os mais eficientes instrumentos de medida em astronomia gama e suas medidas têm colaborado para a compreensão dos processos de geração de raios cósmicos em núcleos ativos de galáxias e supernovas. Na observação das fontes emissoras de raios gama, a reconstrução da energia e ângulo de incidência da partícula primária é duramente prejudicada pela detecção de chuveiros iniciados por prótons, ferros e outros núcleos. A mais utilizada técnica de distinção de primários é a Técnica de Imagem (Imaging Atmospheric Cerenkov Technique), que se baseia na forma do sinal na câmara de fotomultiplicadoras. O método aqui apresentado faz uso do tempo de chegada para caracterizar os chuveiros hadrônicos através da sua componente muônica. A teoria que descreve o desenvolvimento dos chuveiros prediz a presença de um pico antecipado na distribuição temporal devido aos fótons produzidos por múons. Modificações incluindo absorção da atmosfera, eficiência quântica das fotomultiplicadoras e refletividade dos espelhos nas simulações de Monte Carlo, viabilizaram um estudo detalhado dos perfis temporais que revelou novas características marcantes da distribuição temporal e que possibilitou o desenvolvimento de uma promissora técnica de distinção. Comprovou-se, também, a necessidade de dois enfoques diferentes na análise de chuveiros, dependendo da energia do primário. Para energias abaixo de aproximadamente 10 TeV destaca-se a pequena largura do sinal de chuveiros hadrônicos enquanto que para energias superiores a 10 TeV a separação de gamas primários só foi possível a grandes ângulos zenitais devido à detecção do pico adiantado. Além disso, mostrarei estudos sobre a eficiência dos arranjos de Davies-Cotton e parabólico no tocante à utilização do tempo de chegada, comprovando a superioridade, já esperada, dos espelhos isócronos / Abstract: The present work is a discussion of the Cerenkov photons arrival time as a technique to determine the primary particle of extensive air showers. Cerenkov telescopes have proven to be one of the most effective means of detecting sources of gamma rays and their measurements have improved our understanding on how cosmic rays are created in active galactic nuclei and supernovae. In the observations of these objects, the reconstruction of the energy and incident direction are the final goals of the data analysis. However, the precision of the reconstruction methods is strongly affected by the detection of showers initiated by protons, iron and other atomic nuclei. A method based on the shape of the image in the photomultiplier camera is the most used technique to distinguish between hadron and gamma induced showers. The so called Hillas Parameters have established the operational basis for the Imaging Atmospheric Cerenkov Technique. The method presented in this dissertation provides a way to access the information recorded in the arrival time profiles by the muonic component of the hadronic showers. The theory which describes the development of showers predicts the arrival of early Cerenkov photons due to the presence of muons in hadronic showers. The inclusion of atmospheric absorption, mirror reflectivity and photomul- tiplier quantum efficiency in the Monte Carlo programs reduced the output file size by a factor of tenallowing the simulation of a great number of events. A detailed analysis of the time profiles was carried out and revealed a new remarkable feature of the hadronic showers which resulted in the development of a promising method to distinguish primary particles. Two approaches are proposed for different ranges in energy. Hadronic showers with energies below 10 TeV show very narrow time distributions and can be eliminated by a superposition of cuts, while for energies above 10 TeV the distinction was possible only for large zenith angles through the detection of the early photons. Besides that, the properties concerning time profiles of the Davies-Cotton and Parabolic telescopes are going to be presented and, as expected, the superiority of the isochronous reflector is going to be demonstrated. / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Marcelo Moraes Guzzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-28T02:43:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MouraJunior_CelioAdregade_M.pdf: 3639723 bytes, checksum: 9def42d49a5a71f1e6783a95c8dadf92 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Os neutrinos de altíssimas energias, ou seja, com energias maiores que 1016 eV, são produzidos principalmente no decaimento dos píons carregados que podem ser fruto, por exemplo, do decaimento de partículas superpesadas devido a defeitos topológicos ou da interação de prótons, acelerados até altíssimas energias, com raios gama em objetos como Núcleos Ativos de Galáxias. A previsão, segundo a física padrão, é de que menos de 1% dos neutrinos formados nesses objetos, sejam neutrinos do tau, o que faz com que a detecção de neutrinos do tau aqui na Terra, em proporção maior que 1% em relação aos outros sabores, seja um indício de propriedades como massa ou momento magnético para os neutrinos, resultando em fenômenos como oscilação de sabor. Neste trabalho, discutimos um método de como neutrinos do tau poderiam ser univocamente determinados no Observatório Pierre Auger, baseado num evento conhecido com Double Bang. Concluímos que um número muito pequeno de eventos do tipo Double Bang deve ser esperado, segundo modelos utilizando física padrão para calcular o fluxo de neutrinos. Contudo, a detecção de um único evento no Observatório Pierre Auger num intervalo de vários anos pode ser um indício de uma física além do modelo padrão / Abstract:The ultra high energy neutrinos, that means, neutrinos with energies bigger than 1016 eV, are produced mainly in the decays of charged pions that can be originated, for instance, from the decays of super massive particles due to topological defects or from the interaction of accelerated protons up to ultra high energies with gamma rays in objects like Active Galactic Nuclei. The forecast, according to the standard model, is that less than 1% of the neutrinos produced in this objects be tau neutrinos, so that the detection of tau neutrinos here in the Earth in excess of 1% of the total with relation to the other avors, can indicate properties like mass or magnetic moment of the neutrinos, resulting in phenomenon like avor oscillation. In this work, we discussed a method of how tau neutrinos could be uniquely determined with the Pierre Auger Observatory, based on a kind of event called Double Bang. A very small number of events coming from such Double Bangs must be waited according to the ux of neutrinos calculated by the standard particle model. However we conclud that the detection of even a single event of a tau neutrino in the Auger Observatory during a few years of observation, could be a signal for a physics beyond the standard model / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Jose Augusto Chinellato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T16:45:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Muller_MarcioAparecido_M.pdf: 1532809 bytes, checksum: 6afdf71c3441e371eebb3d6cc7ebbfd8 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed. / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Carlos Ourivio Escobar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:45:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MelloJunior_WalterJoseMedeirosde_M.pdf: 4585053 bytes, checksum: a61e426e3955d6e43718ecd9bfc5417b (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de se fazer uma análise inicial da possibilidade de estudo da distribuição lateral de chuveiros atmosféricos extensos com a técnica de fluorescência, levantada a partir dos aprimoramentos significativos na resolução da óptica do detector de fluorescência feitos nos últimos anos. Uma apresentação dos primeiros desenvolvimentos da técnica de flurescência é feita inicialmente, seguida de uma revisão de trabalhos sobre emissão de fluorescência no nitrogênio e no ar e uma descrição geral da técnica de detecção de chuveiros via fluorescência atmosférica. A distribuição lateral de elétrons em diversas altitudes foi investigada, a partir de simulações Monte Carlo feitas com o programa CORSIKA e o modelo de interações hadrônicas QGSJET. Neste estudo, foram considerados chuveiros com energias de 10 19 e 10 20 eV, iniciados por prótons e núcleos de ferro e registrados em dez níveis de observação. Procurou-se avaliar, também, a extensão lateral efetiva dos chuveiros e sua relação com a energia e composição do primário. Finalmente, o trabalho aborda a observação de um chuveiro com extensão lateral por um detector de fluorescência, incluindo uma descrição da formação da "frente de luz" e da imagem do chuveiro no detector, assim como uma análise de sugestões de medição de distribuição lateral de um chuveiro através da técnica de fluorescência / Abstract: The goal of this work is to make an initial analysis of the possibility of studying the lateral distribution of extensive air showers with the fluorescence technique, which may become possible by the significant improvements in the optical resolution of the fluorescence detector in the last years. A survey of the first developments of the technique is made in the beginning, followed by a review of the investigation of fluorescence emission in nitrogen and air and a general description of the technique of shower detection by the atmospheric fluorescence. The lateral distribution of electrons in different altitudes was investigated through Monte Carlo simulations with CORSIKA and the QGSJET model of hadronic interactions. In this study, showers with 10 19 and 10 20 eV, induced by protons and iron nuclei and registered in ten observation levels were considered. It was also studied the effective lateral extension of showers and its relation to the primary energy and composition. Finally, the text deals with the observation of a shower with lateral extension, by a fluorescence detector, including a description of the "light front" formation and the shower image produced in the detector, as well as an analysis of suggestions of measuring the lateral distribution of showers with the fluorescence technique / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Jose Augusto Chinellato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-24T19:20:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ortiz_JefersonAltenhofen_M.pdf: 2485834 bytes, checksum: 8d34adba74571305fa4b2dbd113e9835 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Chuveiros atmosféricos extensos (CAE's) iniciados por prótons primários com energia variando de 1.00 x 1013 eV a 2.15 x 1015 eV, injetados em diferentes profundidades da atmosfera, foram simulados. O programa CORSIKA (COsmic Ray SImulations for KAscade), o qual é um detalhado programa de Monte Carlo foi utilizado para simular os CAE's tridimensionais. Os resultados das simulações concentram-se na distribuição lateral de elétrons, tendo-se o intuito de melhorar a reconstrução de eventos observados em experimentos, tais como EASCAMP, do Grupo de Léptons (DRCC), e KASCADE, do Centro de Pesquisa de Karlsruhe, na Alemanha. Uma função de estrutura lateral é proposta para ajustar a densidade de elétrons, de modo a obter uma melhor concordância com dados experimentais, do que a função Nishimura-Kamata-Greisen (NKG), tradicionalmente utilizada. Variação do parâmetro idade, densidade de elétrons e seus correspondentes ajustes são apresentados. Através dos procedimentos de ajuste, obteve-se uma boa concordância entre a função de estrutura proposta e as densidades de elétrons simuladas / Abstract: Not informed. / Mestrado / Física / Mestre em Física

Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECR) can only be measured by the detection of Extensive Air Showers (EAS) created by the interaction of the cosmic ray particle with an atmospheric nuclei. The inference of some of the properties of UHECR, like their mass composition, is only possible by the comparison of measurements of EAS observables to predictions from Monte Carlo simulations. The most important source of uncertainties on the description of EAS by the simulations is the modeling of hadronic interactions. For many years it has been known that the hadronic interaction models fail on predicting the EAS observables related to their muonic component. The most evident manifestation of that is called muon deficit problem due to the fact that the number of muons in EAS with energies above 1018 eV predicted by simulations is smaller than the observed ones. The aim of this thesis is to approach this problem in three distinct fronts. First, a method is developed to interpret measurements of number of muons in terms of cosmic rays composition in despite of the muon deficit problem. Second, an EAS observable which is sensitive to the muon energy spectrum at ground and, consequently, can be used to constrain hadronic interaction models is proposed and tested. Third and final, the muon production in air showers is studied through measurements of hadron production spectra in pion-carbon interactions. / Raios Cósmicos Ultra Energéticos (Ultra-High Energy Cosmic Rays, UHECR) somente podem ser medidos através da detecção dos Chuveiros Atmosféricos Extensos (Extensive Air Showers, EAS) criados pela interação do raio cósmico primário com núcleos atmoféricos. A inferência de algumas propriedados dos UHECRs, como a composição de massa, é possível somente através da comparação entre medidas de observáveis dos EASs com predições geradas por simulações de Monte Carlo. A fonte de incerteza mais importante na descrição de EAS por simulações é a modelagem das interações hadrônicas. Por muitos anos é sabido que os modelos de interação hadrônica falham na predição de observáveis dos EASs relacionados a sua componente muônica. A manifestação mais evidente disso é chamada problema do déficit de múons devido ao fato que o número de múons em chuveiros com energias acima de 1018 eV predito por simulações é menor que os observados. O objetivo desta tese é abordar este problema através de três frentes. Primeiramente, um método é desenvolvido para interpretar as medidas do número de múons em termos de composição de raios cósmicos considerando o problema do déficit de múons. Segundo, a proposta e o teste de um observável que é sensível ao espectro de energia dos múons na superfície e, consequentemente, pode ser usado para discriminar entre os modelos de interação hadrônica. Por último, a produção de múons em chuveiros é estudada através de medidas do espectro de produção de hádrons em interações do tipo píon-carbono.

Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECR) can only be measured by the detection of Extensive Air Showers (EAS) created by the interaction of the cosmic ray particle with an atmospheric nuclei. The inference of some of the properties of UHECR, like their mass composition, is only possible by the comparison of measurements of EAS observables to predictions from Monte Carlo simulations. The most important source of uncertainties on the description of EAS by the simulations is the modeling of hadronic interactions. For many years it has been known that the hadronic interaction models fail on predicting the EAS observables related to their muonic component. The most evident manifestation of that is called muon deficit problem due to the fact that the number of muons in EAS with energies above 1018 eV predicted by simulations is smaller than the observed ones. The aim of this thesis is to approach this problem in three distinct fronts. First, a method is developed to interpret measurements of number of muons in terms of cosmic rays composition in despite of the muon deficit problem. Second, an EAS observable which is sensitive to the muon energy spectrum at ground and, consequently, can be used to constrain hadronic interaction models is proposed and tested. Third and final, the muon production in air showers is studied through measurements of hadron production spectra in pion-carbon interactions. / Raios Cósmicos Ultra Energéticos (Ultra-High Energy Cosmic Rays, UHECR) somente podem ser medidos através da detecção dos Chuveiros Atmosféricos Extensos (Extensive Air Showers, EAS) criados pela interação do raio cósmico primário com núcleos atmoféricos. A inferência de algumas propriedados dos UHECRs, como a composição de massa, é possível somente através da comparação entre medidas de observáveis dos EASs com predições geradas por simulações de Monte Carlo. A fonte de incerteza mais importante na descrição de EAS por simulações é a modelagem das interações hadrônicas. Por muitos anos é sabido que os modelos de interação hadrônica falham na predição de observáveis dos EASs relacionados a sua componente muônica. A manifestação mais evidente disso é chamada problema do déficit de múons devido ao fato que o número de múons em chuveiros com energias acima de 1018 eV predito por simulações é menor que os observados. O objetivo desta tese é abordar este problema através de três frentes. Primeiramente, um método é desenvolvido para interpretar as medidas do número de múons em termos de composição de raios cósmicos considerando o problema do déficit de múons. Segundo, a proposta e o teste de um observável que é sensível ao espectro de energia dos múons na superfície e, consequentemente, pode ser usado para discriminar entre os modelos de interação hadrônica. Por último, a produção de múons em chuveiros é estudada através de medidas do espectro de produção de hádrons em interações do tipo píon-carbono.

Nesta tese investigamos uma possível componente de partículas previstas por modelos além do modelo padrão da física de partículas, como por exemplo o massive gluino LSP, nos raios cósmicos de altíssimas energias (UHECR). Nosso objetivo é determinar os sinais experimentais em telescópios de fluorescência devidos a hádrons exóticos massivos e neutros, genericamente denominados de UHECRons. Para simular chuveiros iniciados por essa classe de partículas, alteramos o pacote Aires de simulação de chuveiros atmosféricos e o modelo hadrônico Sibyll. Estes chuveiros foram utilizados como entrada em simulações de telescópios de fluorescência por nós desenvolvidas, obtendo-se assim as distribuições dos observáveis desses chuveiros exóticos. A partir da comparação entre as características de chuveiros iniciados uhecrons e prótons, desenvolvemos métodos para a separação de sinais entre esses dois tipos de partículas. Esses métodos podem ser utilizados em uma análise inicial, com o intuito de procurar por sinais de partículas exóticas nos dados reais de observatórios de UHECR. / In this thesis we investigate a possible component of particles predicted by models beyond the standard model of particle physics, like the massive gluino LSP, in the ultra high energy cosmic rays (UHECR). Our objective is to determine the experimental signals on fluorescence telescopes due to exotic massive and neutral hadrons, generically called UHECRons. To simulate showers initiated by this class of particle, we altered the shower simulation package Aires and the hadronic model Sibyll. These showers were used as input in our simulations of fluorescence telescopes, thus obtaining the distribuitons of the observables for these exotic showers. By comparing the characteristics of showers initiated by uhecrons and protons, we developed methods to distinguish the signals between these two particles. These methods can be used in an initial analysis in order to look for signals of exotic particles in the real data of UHECR observatories.

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

Orientador: Marcelo Augusto Leigui de Oliveira. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física, 2009.