Trabajo de investigación: Análisis de datos del Observatorio

Trabajo de investigación:
Análisis de datos del
Observatorio Pierre Auger
..
Campus Científico de Verano 2014 – Campus Vida (Santiago de
Compostela)
De los datos al resultado
científico
Medida de señales en los
detectores
Selección de eventos reales
Reconstrucción de los eventos
Nobel??!!!

Análisis de datos
Resultado
Ok !!!
Publicación en
Revista
Científica
Qué se quiere medir en el
experimento?
Rayo cósmico
Colisión con
núcleo
atmosférico
 La cascada de partículas
originada tras colisionar un rayo
cósmico con un núcleo
atmosférico.
 Cada cascada está formada por
miles de millones de partículas.
Muones
Partículas que se
miden en los
Electrones, Fotones
detectores
Hadrones
Neutrones
Qué resultados se quieren alcanzar?
Dar respuesta a las siguientes incógnitas:
• Qué son los Rayos Cósmicos? (proton,…,hierro)
• Dónde y cómo nacen? (fuentes y mecanismos que
los aceleran)
• Cuál es la energía máxima que pueden alcanzar?
• Cómo consiguen llegar a la Tierra?
• Se pueden responder cuestiones de otros campos
Detector híbrido
Las cascadas de partículas originadas por un rayo cósmico
pueden ser detectadas simultáneamente por los dos tipos de
detectores del experimento:
•
Medidas independientes de la
misma cascada
•
Reconstrucciones independientes
de
las
carac-terísticas
del
rayo
cósmico primario.
Detector
de
fluoresce
ncia
•
Combinación
de
resultados
de
ambas recons-trucciones.
Red de detectores de
superficie
•
Selección de eventos híbridos de
6
Ejemplo de una cascada vista por
ambos detectores
Señal en una cámara de
fluorescencia (FD)
Señales en los detectores de
superficie (SD)
7
Señal en el detector de Superficie
Tiempo de llegada de la
primera partícula al
detector
Cada “casilla” (bin) equivale a 25 nanosegundos
(25 x 10-9 seg)
Energía depositada (como luz Cherenkov) por las
partículas como función del tiempo de llegada al
La forma temporal de la señal depende
del tipo mayoritario de partículas que
llegan…..
Muones
Señales “estrechas” (pocos
cientos de nanosegundos)
Electrones, positrones
y fotones
Señales “anchas”
Señales en los detectores de
Fluorescencia
X (g/cm2)
Energía (E) depositada en la atmósfera por las
partículas como función de la altura desde el
Selección preliminar de los
eventos
SD
- Evento compacto: todos los tanques que dan señal están
agrupados
- Las señales son producidas aproximadamente al mismo tiempo
(aseguramos que pertenecen a la misma cascada de partículas)
FD
Datos de la energía depositada a todas las alturas respecto al
suelo, pero sobre todo alrededor del máximo de la curva dE/dX
- Buen ajuste de la curva dE/dX
-
Reconstrucción de los
eventos
Principales propiedades del rayo cósmico que se
reconstruyen:
• Energía (E)
• Dirección de llegada: ángulos cenital y
azimutal (ɵ,ɸ)
z
Rayo
Cósmico
θ
“Choque” con núcleo atmosférico -> comienzo de la
cascada atmosférica
y
φ
θ
Corte del cono (cascada) con el plano del
suelo
x
Plano del suelo
Análisis de datos: Dirección
de llegada
La propia geometría permite distinguir si una cascada es vertical (ángulo
cenital << 60 grados) o inclinado (ángulo cenital >> 60 deg):
●
●
Evento vertical: los detectores con señal forman como un “círculo”
Evento inclinado: los detectores con señal forma una especie de
“elipse”
Detectores con señal forman un círculo
Detectores con señal forman una elipse
(evento muy alargado)
Análisis de datos: Energía
X (g/cm2)
La energía es proporcional al área bajo la curva roja
el máximo también indica la energía: máximo < 10 (Baja) y máximo
> 20 (Alta)
Unidades: Energía en PeV: 1015 eV
“Altura” en unidades de masa atravesada (gramo) por
área (cm2)
Parte 1
•
Cada grupo analizará sólo la información de uno de
los detectores para 14 eventos reales teniendo en
cuenta las características generales de las señales.
Grupo SD
Análisis de la dirección de llegada:
catalogar los eventos en verticales o inclinados según
sea la configuración de detectores con señal.
Grupo FD
Análisis de la energía:
catalogar los eventos en alta o baja energía según la
curva dE/dX medida por el detector de fluorescencia.
Parte 2
•
Grupos SD + FD unirán sus resultados para
catalogar totalmente cada evento según su
ángulo y energía.
•
Usando el visor de eventos oficial del
experimento comprobarán si los valores
reconstruidos corresponden con lo predicho
visualmente.
•
De acuerdo con todas las propiedades
reconstruidas, concluir cuales son los 7
EJEMPLO DE HISTOGRAMA
Parte 3: Caracterizar los
eventos detectados por el
experimento
• Cómo es su energía?
• Cómo su ángulo cenital?
• Cómo su ángulo azimutal?
• Número de estaciones promedio?
• Dependencias entre variables:
energía con número de estaciones,
con ángulo,…,etc