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Ver el documento (formato PDF)   Bonifazi, Carla Brenda.  "Instrumentación, calibración y simulación de detectores de superficie del observatorio Pierre Auger"  (2004)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
El entendimiento de la física de los rayos cósmicos es aún una de las metas más importantes de la comunidad científica para construir su conocimiento acerca del Universo. Su estudio a lo largo de los años ha permitido avances importantes tanto en las ramas de la física de partículas como de la astrofísica. Para su estudio se han desarrollado muchas técnicas experimentales desde las primeras cámaras de niebla utilizadas en los ascensos en globo hasta el desarrollo de observatorios gigantes dedicados al estudio de las partículas de más alta energía. El espectro de energías de los rayos cósmicos va desde los ~ 100keV hasta ~ 10^20 eV. Estos inciden sobre la tierra en todas las direcciones y con un flujo constante en el tiempo. Los rayos cósmicos de energía superior a los PeV que inciden en la atmósfera producen una cascada de partículas secundarias. Estas partículas inducen la emisión de luz de fluorescencia por parte del nitrógeno atmosférico, que puede ser registrada para la detección del chubasco producido. A su vez, las partículas secundarias que alcancen la Tierra pueden ser registradas por detectores ubicados al nivel del suelo. El observatorio Pierre Auger, que actualmente se encuentra en construcción y funcionamiento parcial, tiene por objetivo el estudio de los rayos cósmicos de energía ultra elevada, mayor a 10^19 eV. Para ello utiliza un sistema híbrido de detección de las partículas secundarias formado por un detector de superficie (detectores de efecto Čerenkov en agua) y telescopios de fluorescencia. En este trabajo se realiza una descripción completa de ambos detectores. Para el detector de fluorescencia se presentan estudios de la luz de fondo de noche que sirvieron para el diseño de la electrónica de los mismos. Para el detector de superficie se presentan trabajos realizados con el objetivo de contribuir con su montaje, instalación y puesta en funcionamiento. Durante la primera etapa de construcción del Observatorio se desarrollaron las técnicas y procedimientos para garantizar el correcto funcionamiento del mismo. Previamente al comienzo de la construcción del Observatorio se realizaron estudios sobre un detector prototipo de efecto Čerenkov en agua emplazado en el Laboratório TANDAR, tales como la caracterización de respuesta frente a distintas direcciones de ingreso de las partículas y el desarrollo de un método de calibración del detector. A continuación se montó un conjunto de cuatro detectores para la medición de rayos cósmicos con energías del orden de ~10^15 eV. En este trabajo se describen el diseño, la construcción y la operación de este arreglo de detectores. También se incluye el desarrollo del sistema de toma de datos y los análisis de estabilidad de su funcionamiento. Finalmente se muestran algunos eventos típicos registrados. Se presenta además el desarrollo del actual método de calibración de los detectores de superficie del Observatorio Pierre Auger. Junto a éste, las diferencias técnicas y estudios realizados para garantizar el correcto funcionamiento de los detectores y para validar el sistema de adquisición de los datos. Finalmente, toda la experiencia adquirida se volcó en un programa de simulaciones del detector de efecto Čerenkov en agua, que esta disponible para ser utilizado pela Coloaboración Pierre Auger.

Abstract:
Understanding the physics of cosmic rays is still a major goal of science in order to build our knowledge of the Universe. Research on Cosmic Rays over the last years has provided important improvements in particle physics and astrophysics by making use of different experimental techniques from the early cloud chambers carried in airborne ballon experiments to gigantic observatories specifically designed to study cosmic rays of the highest energies. The cosmic ray energy spectrum ranges from ~ 100 keV to ~10^20 eV, impinging on the top of the Earth atmosphere from all directions with a constant flux. Those with energy in excess to ~1 PeV produce, when traversing the atmosphere, a cosmic air-shower of secondary particles. These particles induce fluorescence light emission from the atmosphere nitrogen, which may be detected. They may as well be directly detected on reaching the Earth surface by the so-called surface detectors. The Pierre Auger Observatory, which is presently under construction and data taking, has as prime objective to detect cosmic rays with energy in excess to 10^19 eV. In order to achieve this aim it makes use a hybrid detection technique: a surface detector array (water Čerenkov detectors) and fluorescence telescopes. A complete description of both detector systems is performed in this thesis work. For the fluorescence detector, background light measurements were done in order to help designing the telescope electronic system. A further and exhaustive work has been performed for the surface detectors, geared towards their deployment, installation and commissioning. Related to this latter point and during the initial phases of the Project construction, techniques and procedures were developed in order to guarantee the correct functioning of the detector system. In the years prior to commencing the Observatory construction, efforts were committed in experiments with a prototype water Čerenkov detector emplaced at the TANDAR Laboratory, such as the characterization of the detector response to different entry points of impinging particles and the development of an innovative calibration method. At a later stage, an array of four water Čerenkov detectors, was instrumented with a view on the detection of cosmic rays of energy ~10^15 eV. The design, construction and commissioning of this array is described in this thesis. Reference is made to the development of its data acquisition system and to its operation stability analyses. Some typical detected events are shown. Also shown in this thesis are the different surface detector calibration approaches, with special emphasis on the one currently adopted at the Observatory. In adition to contributing towards the development of this calibration procedure, different techniques and studies were performed in an effort to assure the correct detector functioning and to validate the data acquisition system. Finally, all the acquired expertise provided a solid basis on which a water Čerenkov detector simulation computer code was written, which is available to the Auger Collaboration.

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Registro:
Título : Instrumentación, calibración y simulación de detectores de superficie del observatorio Pierre Auger     =    Instrumentation, calibration and simulation of surface detectors of the Pierre Auger observatory
Autor : Bonifazi, Carla Brenda
Director : Etchegoyen, Alberto
Director Asistente : Sciutto, Sergio
Año : 2004
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Departamento de Física
Comisión Nacional de Energía Atómica. Laboratorio TANDAR
Grado obtenido : Doctor de la Universidad de Buenos Aires en Ciencias Físicas
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_3773_Bonifazi
Idioma : Español
Area Temática : Física / Astrofísica
Palabras claves : RAYOS COSMICOS; OBSERVATORIO PIERRE AUGER; DETECTORES DE EFECTO CERENKOV EN AGUA; CALIBRACION; SIMULACION; COSMIC RAYS; PIERRE AUGER OBSERVATORY; WATER CERENKOV DETECTORS; CALIBRATION; SIMULATION
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