Composition and energy determination in cosmic ray surface arrays: an application to the Pierre Auger Observatory

Abstract

Esta tesis se enmarca dentro del estudio de los rayos cósmicos de ultra-alta energía, aquellos a los que se dedica el Observatorio Pierre Auger. Tras una breve introducción, en el segundo capítulo se resumen los aspectos básicos de la física de rayos cósmicos, desde su espectro de energía, composición y su posible origen, hasta las cuestiones que aún permanecen desconocidas. En el siguiente capítulo se describen las características singulares del Observatorio Pierre Auger y se muestran los resultados publicados más importantes hasta este momento. En los capítulos siguientes se abordan los temas centrales de este trabajo: la determinación de la energía y la composición de los rayos cósmicos de ultra-alta energía a partir de su detección con detectores de superficie. Inicialmente se analiza la determinación de la energía. Se ha propuesto una nueva técnica, y se ha demostrado su aplicabilidad en los detectores de superficie. Además, se ha mostrado que es significativamente mejor que la que se ha utilizado hasta hoy por parte de todos los experimentos de este tipo. En segundo lugar, se ha propuesto un nuevo parámetro sensible a la composición del rayo cósmico primario, el cual se determina a partir de la señal y la posición de los detectores de superficie para cada evento. Se han estudiado sus propiedades y se ha demostrado que es capaz de determinar la composición promedio de los rayos cósmicos de ultra-alta energía con mayor precisión que los parámetros más fiables que se están utilizando hoy en día. A continuación, se han explicado varios trabajos que se están desarrollando y en los que se seguirá trabajando en un futuro cercano, relacionados con ambos aspectos, la determinación de la energía y la composición, y se han resumido las conclusiones del trabajo. Para terminar, se han añadido varios apéndices y una extensa bibliografía.