Examinando por Autor "Roth, Markus"

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    El contenido de muones de las lluvias de aire atmosférico y la composición de masa de los rayos cósmicos
    (Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia Área Académica. Gerencia Instituto Sabato) Gesualdi, Flavia; Supanitsky, Alberto Daniel; Engel, Ralph; Roth, Markus; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia Área Académica. Gerencia Instituto Sabato
    Los rayos cósmicos son mensajeros del espacio que contienen la respuesta a los misterios más profundos del Universo: ¿Qué son exactamente? ¿De dónde vienen? ¿Cómo se aceleran hasta tales energías, y cómo son las leyes que rigen sus interacciones? A las energías más altas, estas escasas partículas sólo pueden detectarse a través de las lluvias de partículas secundarias que son generadas en sus interacciones con la atmósfera terrestre. Grandes observatorios, como el Observatorio Pierre Auger, detectan estas lluvias atmosféricas e intentan reconstruir la mayor información posible del rayo cósmico primario. En particular, el número de muones secundarios es un observable clave porque está directamente relacionado con la composición química del primario que los generó. La comprensión de la composición química en función de la energía arrojaría luz sobre diversas preguntas no resueltas fuertemente vinculadas al origen de los rayos cósmicos. El Observatorio Pierre Auger dispone de detectores de centelleo bajo tierra para detectar los muones de forma directa, el “Underground Muon Detector” (UMD). Esta tesis está dedicada a la determinación precisa del contenido de muones de las lluvias atmosféricas y al estudio de sus implicaciones sobre la composición química del primario. Analizamos mediciones directas de muones de lluvias atmosféricas con energías comprendidas entre 1017,22 eV y 1019,46 eV realizadas por dos experimentos. A las energías más bajas analizamos extensamente los datos del UMD, que complementamos a las energías más altas con mediciones de “Akeno Giant Air Shower Array” (AGASA). Para los datos del UMD, desarrollamos nuevos métodos que mejoran significativamente la estimación del número de muones. Estos métodos también permiten la reconstrucción de la señal de muones en función del tiempo con una resolución temporal sin precedentes, abriendo la puerta a la reconstrucción de nuevos observables sensibles a la composición química. Como aplicación, estudiamos la distribución lateral de muones medida con el UMD, así como los modelos que intentan describirla. Además, analizamos las implicaciones de los datos del UMD y de AGASA con respecto a la composición química. La interpretación de la composición de los datos sólo puede inferirse mediante una comparación contra simulaciones de lluvias atmosféricas. Por lo tanto, simulamos escenarios de protón puro, hierro puro y de composición mixta, basados en los tres modelos de última generación de las interacciones hadrónicas de alta energía. Para comparar mejor los resultados con los de otros experimentos, calculamos los llamados valores z, una escala del contenido de muones en los datos respecto del de simulaciones de protón y hierro. Los resultados combinados ofrecen una imagen coherente con la de otros experimentos: la composición inesperadamente pesada constituye evidencia de un déficit de muones en las simulaciones de lluvias atmosféricas que aumenta con la energía. Estos resultados pueden ayudar a mejorar los modelos de interacciones hadrónicas de altas energías, lo que a su vez mejoraría la precisión de las inferencias de composición química.
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    Funcionamiento del detector de superficie mejorado del Observatorio Pierre Auger
    (Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia Área Académica. Gerencia Instituto Sabato) Streich, Alexander; Blumer, Johannes; Asorey, Hernán; Engel, Ralph; Veheric, Darko; Roth, Markus; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia Área Académica. Gerencia Instituto Sabato
    Hasta la fecha, la física de los rayos cósmicos ultraenergéticos es uno de los mayores enigmas sin resolver de la ciencia. Desde 2004, con el inicio de la adquisición de datos del Observatorio Pierre Auger, el cual es actualmente el mayor observatorio del mundo para la detección de rayos cósmicos de ultra-altas energías, se han logrado avances significativos en la comprensión de estas partículas excepcionales. A pesar de que algunas propiedades de los rayos cósmicos ultra energéticos, tal como la abrupta caída del flujo de partículas con energías por encima de 1020 eV, se han determinado y confirmado con una precisión muy alta, numerosas preguntas continúan sin respuesta, por ejemplo, el origen de estas partículas o sus mecanismos de aceleración. Asimismo, recientes resultados inesperados como la tendencia a una composición más pesada a energías más altas plantean aún más interrogantes que deberán ser abordados por los experimentos de rayos cósmicos actuales y futuros. En los próximos años, la Colaboración Pierre Auger contribuirá a la investigación de los rayos cósmicos ultra energéticos con la inminente actualización del Observatorio denominada AugerPrime, la cual tiene como objetivo mejorar la sensibilidad de los detectores para determinar la composición individual de cada evento. En esta tesis, presentamos estudios exhaustivos del rendimiento de los detectores actuales y nuevos del Detector de Superficie del Observatorio Pierre Auger, centrándonos en la evaluación de los componentes de Au- gerPrime. Con este objetivo, seguimos la evolución del proceso de actualización, desde la primera medición de prueba durante la producción de los detectores, hasta su uso final en la reconstrucción de las cascadas atmosféricas. En el análisis del rendimiento en condiciones de laboratorio de los detectores de centelleo de superficie recién construidos, investigamos la calidad de la señal de los nuevos componentes del detector y exploramos todo su potencial en profundidad. En este sentido, demostramos la estabilidad y la alta calidad de los más de 660 detectores producidos en el Instituto Tecnológico de Karlsruhe, así como también corroboramos que los requisitos previamente definidos se satisfagan. Además, evaluamos la aptitud de los componentes más cruciales del detector en las condiciones de medición del Observatorio mediante estudios detallados del rendimiento de los nuevos tableros electrónicos en las estaciones actualizadas del detector de superficie. Por medio de la comparación de las propiedades generales y los niveles de ruido de varias versiones de hardware chequeamos en detalle los requisitos mínimos de los detectores y caracterizamos el tipo final de tableros electrónicos que se instalarán en todas las estaciones del Detector de Superficie. Además de las evaluaciones del hardware, presentamos el análisis exhaustivo de los procedimientos de calibración actualmente implementado para los principales subdetectore del Detector de Superficie: el detector Cherenkov y el Detector de Centelleo de Superficie. Debido al pobre rendimiento del procedimiento de calibración actual desarrollamos un nuevo algoritmo en el contexto de esta tesis. La optimización lograda del algoritmo proporciona una mayor flexibilidad, alcanzando así una eficiencia de calibración superior para los datos obtenidos con los detectores Cherenkov antes de la actualización y mejorando la accesibilidad e interpretación de los datos adquiridos con las estaciones de AugerPrime. De este modo, se pueden comparar el rendimiento de la reconstrucción realizada con diferentes configuraciones del arreglo de detectores de superficie, proporcionando un gran aporte para las futuras mediciones de cascadas atmosféricas con el Observatorio Pierre Auger. Finalmente, proponemos un nuevo procedimiento de calibración para reemplazar el algoritmo actualmente implementado en el marco del programa de análisis de la Colaboración Pierre Auger. El nuevo algoritmo sirve de base para el desarrollo de nuevos métodos para la determinación de la composición de rayos cósmicos de ultra-altas energías.
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    Sobre la universalidad de la lluvia de aire y la composición masiva de los rayos cósmicos de energía ultraalta
    (Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia Área Académica. Gerencia Instituto Sabato) Sradelmaier, Maximilian Klaus; Engel, Ralph Richard; Sanchez, Federico; Roth, Markus; Veberic, Dako; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia Área Académica. Gerencia Instituto Sabato
    La cuestión del origen de los rayos cósmicos de energía ultraalta es uno de los problemas no resueltos de la física actual. Un paso importante hacia la respuesta es poder identificar partículas mínimamente desviadas en el cielo, cuyas direcciones de llegada apuntan potencialmente hacia sus fuentes. Esto sólo puede lograrse mediante una estimación a nivel de evento de la masa (y por tanto de la carga) de los rayos cósmicos. En este trabajo revisito y amplié el trabajo sobre la universalidad de las duchas de aire realizado en las últimas décadas para identificar rayos cósmicos ligeros y pesados ​​con experimentos modernos con detectores de superficie. Esta tesis comprende una revisión detallada de los enfoques analíticos para describir lluvias de aire extensas, así como una guía paso a paso de cómo desarrollar un modelo de la distribución espacial y temporal de partículas en lluvias de aire extensas. Presento consideraciones sobre qué observables dependen y son sensibles a la profundidad del máximo de la lluvia, así como al contenido relativo de muones. El modelo está parametrizado y probado mediante simulaciones de Monte Carlo. Además, propongo un método para calcular el número de masa atómica de los rayos cósmicos primarios directamente a partir de la información combinada de la profundidad del máximo de la lluvia y el contenido relativo de muones, junto con una forma de calibrar el método utilizando datos de detectores de fluorescencia. Por último, presento resultados sobre la composición de masa de los rayos cósmicos de mayor energía, así como una selección de eventos de alta rigidez, que se identifican en los datos del Observatorio Pierre Auger.