Average lateral distribution function of muons in 10¹⁷ eV extensive air showers

Abstract

One current debate in the field of high energy cosmic rays is the so called "muon puzzle". Recent studies showed that there is a muon excess of data over simulations. This, allied with the fact that the nature of the primary cosmic ray is sensitive to the muon number, requires a better understanding of the muon component of extensive air showers. In order to have a more precise measurement of this muon component, two RPCs were added below a tank located in the Pierre Auger Observatory, in the In ll array. The objective of this thesis is to obtain an averagemuonLDFin 10¹⁷ eVextensive air showers using those RPCs below the tank. To understand its feasibility and limiting factors, an HeitlerbasedMonte- Carlo toolwas built using a muon LDF parametrization of CORSIKA simulations. To use data measured by the RPCs, their state had to be validated. For this, the background frequencies in each pad of theRPCwere studied. The measured hits are a function of the efficiency of the RPCs.Monitoring data of the RPCs were analyzed to obtain their efficiency over time. To help differentiate between muon hits and EM hits, CORSIKA simulations were analyzed. Since this is a non-standard experimental setup, the state of the data acquisition system had to be validated.

Um debate atual na física dos raios cósmicos é o chamado puzzle de muões. Estudos recentes mostram que existe um excesso de muões nos dados, quando comparado com o valor respetivo de simulações. Isto, aliado ao facto de que a natureza do raio cósmico primário é sensível ao número de muões, requer um melhor conhecimento da componente muónica de chuveiros atmosféricos extensos. Com o objectivo de obter uma medida desta componente muónica, foram instaladas duas RPCs de baixo de um tanque no Observatório de Pierre Auger, no Infill. O objetivo desta tese é obter uma LDF muónica média para chuveiros atmosféricos extensos iniciados por uma partícula primária com energia à volta de 10¹⁷ eV, usando para isso as RPCs de baixo do tanque. De forma a perceber a viabilidade e os fatores limitantes na reconstrução da LDF muónica, foi construída uma ferramente Monte-Carlo baseada no modelo de Heitler e usando uma parameterização de uma LDF obtida a partir de simulações CORSIKA. Para usar dados medidos pelas RPCs, o seu estado tem de ser estudado. Para isso, a taxa de fundo foi analisada. Os hits medidos são função da eficiência da RPC. Foram portanto analisados dados de monitorização das RPCs para obter a sua eficiência ao longo do tempo. De forma a diferenciar, nos dados das RPC, muões de partículas electromagnéticas, foram analisadas simulações CORSIKA. Como a configuração experimental usada não é comum, o estado do sistema de aquisição de dados teve de ser verificado.