La extensión de baja energía del conjunto de detectores de superficie del Observatorio Pierre Auger

Abstract

El objetivo principal de esta tesis es ampliar el espectro energético medido con el detector de superficie del Observatorio Pierre Auger hasta energías de 1016,5 eV. Para lograr este objetivo, se han llevado a cabo varios pasos de análisis. Para caracterizar las capacidades del arreglo para detectar y muestrear lluvias de rayos cósmicos, se realizaron estudios de simulaciones para obtener curvas de eficiencia de trigger que son un ingrediente vital para definir la exposición efectiva del arreglo y el paso esencial que dirige un espectro de energía final. El despliegue del arreglo más denso ha requerido la optimización, ampliación y mejora del proceso de reconstrucción de eventos, partiendo de una reconstrucción básica previa ya existente en el marco de Offline. Por lo tanto, esta tesis incluye una amplia actualización de los métodos de reconstrucción utilizados para estimar la trayectoria y la energía de un rayo cósmico utilizando el nuevo arreglo de detectores de superficie. La actualización fue motivada por la inclusión de un nuevo arreglo de detectores y por la producción de un conjunto de datos completamente nuevo. La reconstrucción estándar de las lluvias se basa en una descripción empírica de la distribución lateral global de las partículas secundarias en el suelo. Para cada evento, el tamaño esperado a una determinada distancia del centro de la lluvia es un estimador robusto de la energía primaria. La distancia óptima nominada es la distancia del centro en la que el desconocimiento de la distribución lateral de las lluvia tiene el menor impacto en la estimación del tamaño de la misma, lo que significa que a esta distancia de referencia el sesgo de la señal reconstruida es mínimo. La caída lateral de la señal depositada, con el aumento de la distancia del eje de la lluvia en el plano de la misma se modela con una función de distribución lateral cuya pendiente se parametriza en función de los observables de la lluvia, especialmente el ángulo cenital y la estimación de la medición de la energía primaria a la distancia óptima. Tanto la función de distribución lateral utilizada para ajustar las señales observadas en función de la distancia al eje central de la lluvia como la distancia óptima dependen en gran medida de la separación entre estaciones. Por lo tanto, para el arreglo de 433 metros actualizamos la distancia de referencia y el conjunto de parámetros para un procedimiento de ajuste optimizado, beneficiándonos también del nuevo grupo de datos disponibles.

The main objective of this thesis is to expand the energy spectrum measured with the surface detector of the Pierre Auger Observatory to energies of 1016.5 eV. To achieve this goal, several analysis steps have been carried out. To characterize the capabilities of the array to detect and sample cosmic ray showers, simulation studies were performed to obtain trigger efficiency curves that are a vital ingredient in defining the effective exposure of the array and the essential step that drives a final energy spectrum. . The deployment of the denser array has required the optimization, expansion and improvement of the event reconstruction process, starting from a previous basic reconstruction already existing in the Offline framework. Therefore, this thesis includes an extensive update of the reconstruction methods used to estimate the trajectory and energy of a cosmic ray using the new surface detector array. The update was motivated by the inclusion of a new detector array and the production of a completely new data set. The standard rainfall reconstruction is based on an empirical description of the global lateral distribution of secondary particles in the soil. For each event, the expected size at a given distance from the center of the shower is a robust estimator of the primary energy. The nominated optimal distance is the distance from the center at which ignorance of the lateral distribution of rainfall has the least impact on the rainfall size estimate, which means that at this reference distance the bias of the reconstructed signal is minimum. The lateral fall of the deposited signal, with the increase in the distance of the axis of the rain in the plane of the same, is modeled with a lateral distribution function whose slope is parameterized based on the observables of the rain, especially the zenith angle and the estimation of the primary energy measurement at the optimal distance. Both the lateral distribution function used to fit the observed signals as a function of the distance to the central axis of the rainfall and the optimal distance depend largely on the separation between stations. Therefore, for the 433 meter array we updated the reference distance and parameter set for an optimized fitting procedure, also benefiting from the new set of available data.