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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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/8555 |
| Date | 26 April 2018 |
| Creators | Tognini, Stefano Castro |
| Contributors | Gomes, Ricardo Avelino, Gomes, Ricardo Avelino, Goodman, Maury Charles, Bolzam, Maurício José Alves, Braghin, Fábio Luis, Almeida, Norton Gomes de |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós-graduação em Fisica (IF), UFG, Brasil, Instituto de Física - IF (RG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 3162138865744262028, 600, 600, 600, 600, -4029658853652049306, 3300905854918786783, 2075167498588264571 |
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