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1 INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Milano

Abstract : The Pierre Auger Observatory Auger in Argentina studies Ultra High Energy Cosmic Rays UHECRs physics. The flux of cosmic rays at these energies above 1018 eV is very low less than 100 particle-km2-year and UHECR properties must be inferred from the measurements of the secondary particles that the cosmic ray primary produces in the atmosphere. These particles cascades are called Extensive Air Showers EAS and can be studied at ground by deploying detectors covering large areas. The EAS physics is complex, and the properties of secondary particles depend strongly on the first interaction, which takes place at an energy beyond the ones reached at accelerators. As a consequence, the analysis of UHECRs is subject to large uncertainties and hence many of their properties, in particular their composition, are still unclear.Two complementary techniques are used at Auger to detect EAS initiated by UHE- CRs: a 3000 km2 surface detector SD array of water Cherenkov tanks which samples particles at ground level and fluorescence detectors FD which collect the ultraviolet light emitted by the de-excitation of nitrogen nuclei in the atmosphere, and can operate only in clear, moonless nights. Auger is the largest cosmic rays detector ever built and it provides high-quality data together with unprecedented statistics.The main goal of this thesis is the measurement of UHECR mass composition using data from the SD of the Pierre Auger Observatory. Measuring the cosmic ray composition at the highest energies is of fundamental importance from the astrophysical point of view, since it could discriminate between different scenarios of origin and propagation of cosmic rays. Moreover, mass composition studies are of utmost importance for particle physics. As a matter of fact, knowing the composition helps in exploring the hadronic interactions at ultra-high energies, inaccessible to present accelerator experiments.

Résumé : L’observatoire Pierre Auger, situé en Argentine, étudie la physique des rayons cosmiques de ultra haute énergie UHECRs, i.e. E > 1018 eV. Le flux de rayons cosmiques a` cette énergies est faible et les propriétés doivent etre déduite à partir des mesures des particules secondaires qui sont produites par les rayons cosmiques primaires dans l’ atmosphère. Ces cascades sont appelées gerbe atmosphériques étendues EAS et peuvent etre étudiés au sol en de ́ployant des détecteurs couvrant de larges zones.La physique des EAS est complexe et les propriétés des particules secondaires dependent de la première interaction, qui se déroule à un niveau d’energie superieur de ceux atteints dans les accelerateurs. En consequence, l’analyse de UHECRs est soumis à d’importantes incertitudes et donc beaucoup de leurs proprietes, en particulier leur composition, sont encore inconnues.Deux techniques complementaires sont utilisées pour détecter le EAS initiées par UHECRs à Auger: un réseau de 1600 détecteurs couvrant 3000 km2 qui echantillonnent les particules au niveau du sol SD et des detecteurs de fluorescence FD qui recueillent la lumière ultra-violette emise par la desexcitation des noyaux d’azote dans l’atmosphere, et ne peut fonctionner que pendant des nuits sans lune.L’objectif principal de cette thèse est la mesure de la composition de la masse de UHECR à partir des données du SD de l’Observatoire Pierre Auger. La mesure de la composition des rayons cosmiques aux energies les plus elevées est une clé obligatoire du point de vue astrophysique, car cela pourrait permettre de separer les differents scenarios d’origine et la propagation des rayons cosmiques. De plus, les etudes de com- position de masse sont de la plus haute importance pour la physique des particules, car une fois la composition connue, on peut explorer l’interaction hadronique à des énergies inaccessibles aux accelérateurs d’aujourd’hui.

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Keywords : Mass Composition Hadronic Interactions Cosmic Rays Muons Pierre Auger Observatory

Mots-clés : Rayons Cosmiques





Autor: Laura Collica -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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