Asimetría temporal en cascadas de rayos cósmicos de uheEstudios de composición en el observatorio Pierre Auger

Resumo

La determinación de la composición química de la radiación primaria de ultra-alta energía es crucial para la correcta interpretación de características tales como el espectro en energía, distribución de las direcciones de llegada así como para el completo conocimiento de los mecanismos de aceleración y de sus posibles fuentes. El trabajo presentado en esta tesis se centra en el desarrollo de un método para el análisis de la composición química de los rayos cósmicos de ultra-alta energía. La té cnica presentada en este trabajo se basa en la asimetría observada en la estructura temporal de las señales registradas por los detectores de agua Cherenkov del Detector de Superficie del Observatorio Pierre Auger. La amplitud de esta asimetría varía con el ángulo de llegada del rayo cósmico de forma que recuerda al desarrollo longitudinal de la cascada. En esta tesis se ha demostrado que el valor de la secante del ángulo de incidencia para el cual la variación de la asimetría es máxima es un pa rámetro muy útil para el estudio de composición y está fuertemente correlacionado con la profundidad atmosférica a la que se alcanza el máximo desarrollo de la cascada. El método presentado se ha validado haciendo uso de simulaciones Monte Carlo de cascadas atmosféricas para dos tipos de partícula primaria, protones y núcleos de hierro. Para su posterior tratamiento se han desarrollado todas la herramientas necesarias. Una vez validado el método se ha aplicado a los datos del Detector de Superf icie del Observatorio Pierre Auger, obteniéndose la composición química, esto es la fracción de núcleos de hierro, en el intervalo de energías, log(E/eV) = 18.5 - 19.7. Los resultados obtenidos muestran una composición ligera para bajas energías y al rededor de log(E/eV) = 19.0 un cambio de tendencia hacia una composición más pesada. Finalmente se han estudiado las posibles fuentes de errores sistemáticos del método encontrándose que la mayor contribución proviene de nuestra incertidumbre en los modelos de interacción hadrónica a muy alta energía.