Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Gamma-Hadron separation using the temporal distribution of particle cascades at TeV energies in the SWGO experiment(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-30) Luzquiños Saavedra, David Alonso; Bazo Alba, José LuisDescubrir nuevas fuentes de rayos gamma de alta energía de origen galáctico (por ejemplo, en el centro galáctico o las Burbujas de Fermi) y extragaláctico (como cuásares o blazares) es de gran interés para la comunidad de física de astropartículas. Actualmente, los observatorios HAWC y LHAASO, ubicados en el hemisferio norte, utilizan detectores basados en el efecto Cherenkov en agua para detectar continuamente partículas secundarias de duchas atmosféricas iniciadas por rayos gamma primarios en la atmósfera. Dado que no existe un experimento equivalente en el hemisferio sur, el futuro observatorio de rayos gamma SWGO completará la cobertura del cielo para observatorios de alto ciclo de trabajo y campo de visión amplio. Su sitio propuesto por encima de los 4400 m estará ubicado en los Andes del Sur, con Chile, Argentina y Perú como países candidatos. El diseño de SWGO consiste en un arreglo de tanques de agua con dos núcleos circulares: el núcleo interno, alcanzando un radio de 160 m, con un 88% de área sensible y el anillo exterior, alcanzando un radio de 300 m, con un factor de llenado del 5%. Para identificar fuentes de rayos gamma, las partículas primarias deben reconstruirse a partir de las duchas aéreas que llegan al arreglo de detectores, obteniendo su energía, dirección y tipo. Un separador gamma/hadrón describe las características de las duchas aéreas para distinguir entre rayos gamma, considerados como señal, y hadrones (es decir, rayos cósmicos) que se consideran ruido. Esta tesis propone una variable alternativa de separador gamma/hadrón para distinguir entre tipos de duchas atmosféricas utilizando la distribución de tiempo de llegada de partículas secundarias a SWGO. Para definir la mejor nueva variable basada en el tiempo utilizamos el software CORSIKA para simular el desarrollo de la ducha aérea en la atmósfera hasta la llegada de las partículas secundarias al arreglo de tanques Cherenkov de agua. El análisis se realizó utilizando las condiciones geomagnéticas del sitio candidato de Imata en Arequipa, Perú, ubicado a 4500 metros sobre el nivel del mar. Consideramos como primarios fotones y protones con una trayectoria vertical en el centro del arreglo en el rango de energía de 1 a 100 TeV. El parámetro de separación óptimo encontrado es el tiempo para el percentil 15% de las partículas que llegan dentro de un anillo de 100 a 150 m. Tras el cálculo y la evaluación de la muestra de simulación, la señal reconocida es ≳ 88% en promedio y el rechazo de fondo es (≳ 90%). Ambos desempeños son comparables a usar la variable estándar de conteo de muones.Ítem Texto completo enlazado A study of Ultra-High-Energy Cosmic Ray propagation in one-dimensional simulations(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-02-15) Olivares Schneider, José Gabriel; Bazo Alba, José LuisCosmic Rays have come to play an important role in understanding the universe, and astroparticle physics has undergone major developments in the last few decades. As such, several observatories have been set up with the purpose of detecting these particles, and simulation frameworks have been developed in order to further analyze their behavior by creating highly variable environments and parameters. This work covers the essential theory required to study propagation of Ultra- High-Energy Cosmic Rays restricted to linear one-dimensional propagation only; this includes the primary methods of energy loss during propagation, mainly through reactions with the photon background like photo-pion production and photo-disintegration, and additional cosmological effects. The study was done using the CRPropa 3.0 simulation framework. To determine the best possible maximum energy for the simulations, initial trials were done by testing the GZK cutoff for multiple energy values, followed by an analysis of heavier nuclei propagation. As a final complete test run, a model of the cosmic ray spectrum for energies above 1018 eV was made based on two data sets, one made from the average composition of the whole CR energy spectrum, and the other from The Pierre-Auger Observatory measurements for the high energy range. The results showed that initial source composition was the determining factor in the shape of the CR spectrum. These initial simulations done in this work will set the ground for future more complex simulations and studies.Ítem Texto completo enlazado Búsqueda de correlaciones entre eventos de rayos cósmicos ultraenergéticos con fuentes astrofísicas de rayos gamma(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-01-30) Poma Almanza, Vicente Luis; Bazo Alba, José LuisEn este trabajo se presenta un estudio que busca correlaciones estadísticamente significativas entre eventos de rayos cósmicos ultra-energéticos (UHECR, por sus siglas en inglés) con fuentes astrofísicas de rayos gamma. Para tal propósito, se ha escogido datos de UHECR del Observatorio Pierre Auger y Telescope Array, de los cuales son usados los eventos que poseen una energía mayor a 80 EeV. UHECR provenientes de fuentes extragalácticas son, con mayor probabilidad, compuestos por protones y núcleos ligeros, como el helio y el nitrógeno, y también núcleos pesados como el hierro. Basados en las fracciones de los rayos cósmicos que compondrían estos núcleos simuladas por la colaboración del Observatorio Pierre Auger, realizamos pruebas asignando a cada evento un tipo de núcleo. Para cada prueba, se considera el límite Greisen - Zatsepin - Kuzmin (GZK) como una máxima distancia a la cual podríamos detectar las partículas; así como deflexiones en la trayectoria causadas por campos magnéticos galácticos y extragalácticos. Las fuentes astrofísicas de rayos gamma consideradas son tomadas de diferentes catálogos como TeVCat, 2WHPS y 3FHL de donde obtenemos el tipo de fuente, la distancia a la cuál se encuentra y el flujo de fotones que emite. Para cada catálogo se realiza una búsqueda de correlación espacial dentro de un error angular debido a la desviación por campos magnéticos y limitándose a una distancia máxima dada por la longitud de atenuación. El resultado debe sopesar las correcciones estadísticas por los diferentes intentos. Las fuentes galácticas del catálogo TeVCat son las únicas que tienen correlaciones con los eventos más energéticos de rayos cósmicos. Sin embargo, no es muy probable que estas fuentes puedan acelerar a las partículas hasta las energías que poseen.Ítem Texto completo enlazado Disentangling atmospheric cascades started by gamma rays from cosmic rays with CORSIKA(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-31) Rengifo Gonzáles, Javier; Bazo Alba, José LuisEn este trabajo buscamos un método para diferenciar entre lluvias de partículas producidas por rayos cósmicos y por rayos gamma a energías de TeV, utilizando simulaciones CORSIKA. Este método intenta resolver el problema que existe en la búsqueda de señales de rayos gamma medidos por diversos experimentos frente a un fondo de flujo dominante de hadrones. Los resultados de este trabajo pueden aplicarse al estudio de Explosiones de Rayos Gamma (GRBs). Los GRBs emiten fotones muy energéticos, que al interactuar con la atmósfera terrestre, producen una gran cascada electromagnética de partículas secundarias, las cuales son detectables. El procedimiento sería simular eventos producidos por fotones, la señal, y protones, el fondo, que son las partículas más abundantes de los rayos cósmicos. Extraemos varios parámetros de los perfiles longitudinales de las lluvias de partículas, caracterizando las lluvias simuladas. Algunos de los parámetros de ajuste más importantes son el m_aximo de lluvia (Xmax), el ancho de la lluvia FWHM, el parámetro de asimetría, el número máximo de partículas Nmax y el comienzo de lluvia XStart. Existen diferentes experimentos utilizando tanques Cherenkov de agua y detectores de fluorescencia que pueden medir estos parámetros de las lluvias. Hemos probado dos métodos. El primero se basa en cortes simples, mientras que el segundo se basa en un análisis multivariado utilizando el paquete TMVA, que mejora los cortes individuales. El primer método se aplicó a las energías simuladas separadas de 102, 103, 104 y 105 GeV para encontrar cortes adecuados. Encontramos que Xmax, FWHM, Xstart y Nmax dependen de la energía. Posteriormente aplicamos estos cortes dependientes de la energía y otros cortes fijos a una muestra realista, que consiste en 104 eventos de señales (fotones) y 106 eventos de fondo (protones) que cubren un rango de energía de 102 a 105 GeV con diferentes espectros. Además, se introdujo un error en la energía simulada para simular la eficiencia de reconstrucción de energía de un detector. El resultado obtenido deja 54% eventos de señal y 12% eventos de fondo. Aplicando el análisis multivariado TMVA, encontramos que el método Boosted Decision Trees (BDT) era el mejor para distinguir la señal del fondo. El resultado para una eficiencia de señal similar fue 0:7% de eventos de fondo. Por último, utilizando cortes más estrictos en la BDT para mejorar la significancia, el resultado fue 1 evento de fotón por cada 1000 eventos de protón. Dada la proporción de flujo inicial, significa una capacidad de rechazo de fondo de 103. Por lo tanto, la viabilidad de la separación gamma/hadrón requiere una mejora adicional.