Resumo: O Observatório Pierre Auger tem como objetivo principal investigar a natureza dos raios cósmicos com energias superiores a 1 EeV, conhecidos como raios cósmicos de altíssimas energias (UHECRs). O Observatório emprega duas técnicas experimentais para detectar chuveiros atmosféricos extensos (EASs) induzidos por raios cósmicos primários. O detector de superfície (SD) inclui uma rede de 1660 detectores Cherenkov (WCDs), abrangendo uma área de aproximadamente 3.000 km2. Além disso, 24 telescópios de fluorescência estão distribuídos ao redor do SD. Desde o início de sua operação em 2004, o Observatório avançou significativamente a compreensão dos UHECRs. Contudo, verificou-se a necessidade de um maior volume de dados sensíveis à composição dos raios cósmicos para energias acima de 40 EeV. Esta informação é a chave para entender as fontes astrofísicas e os processos capazes de produzir partículas tão energéticas. Para coletar mais dados sensíveis à composição, o Observatório está passando por um upgrade de seu detector de superfície, chamado AugerPrime. A principal componente é a instalação de placas cintiladoras (SSD) em cima de cada WCD e suas novas eletrônicas associadas, chamada de upgraded unified board (UUB). Nesta pesquisa de doutorado, analisamos os dados das primeiras estações AugerPrime no campo, com o objetivo de validar o upgrade do Observatório. Comparando os dados das estações equipadas com UUB com os da eletrônica anterior, denominada unified board (UB), verificamos que o sinal das duas eletrônicas é compatível dentro da incerteza esperada, com não linearidade e viés abaixo de 3% em ambos os canais existentes. Em relação à reconstrução de eventos, demonstramos que a determinação da energia fornecida pelas estações AugerPrime apresenta viés dentro de 5% em relação às estações UB. Adicionalmente, verificamos que os ângulos de zênite e azimute dos eventos são determinados sem viés entre as duas eletrônicas. Estes resultados validam o upgrade do Observatório e garantem compatibilidade e uma transição suave entre os dados coletados antes e após a implementação do AugerPrime. Para alcançar os objetivos científicos do upgrade em relação à identificação de composição, é essencial separar as componentes muônica e eletromagnética dos EASs. Na segunda parte de nossa pesquisa, desenvolvemos um método que realiza tal separação utilizando os sinais dos detectores AugerPrime. O método fornece a fração muônica com viés abaixo de 6%...
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Abstract: The main objective of the Pierre Auger Observatory is the investigation of the nature of cosmic rays with energies exceeding 1 EeV, known as ultra-high energy cosmic rays (UHECRs). The Observatory employs two experimental techniques to detect extensive air showers (EASs) induced by primary cosmic rays. The surface detector (SD) consists of an array of 1660 water-Cherenkov detectors (WCDs), spanning an area of approximately 3 000 km2. Additionally, 24 fluorescence telescopes are distributed around the SD. Since the beginning of its operation in 2004, the Observatory has significantly advanced the understanding of UHECRs. However, the necessity for a larger volume of data sensitive to the composition of cosmic rays for energies above 40 EeV became evident. This information is the key to understanding astrophysical sources and processes capable of producing such energetic particles. To collect more data sensitive to composition, the Observatory is undergoing an upgrade of its surface detector, called AugerPrime. The main component is the installation of scintillator plates (SSD) on top of each WCD and their associated new electronics, called the upgraded unified board (UUB). In this doctoral research, we analysed the data from the first AugerPrime stations in the field, with the aim of validating the Observatory upgrade. Comparing the data from stations equipped with UUB with those from the previous electronics, called unified board (UB), we found that the signal from both electronics is compatible within the expected uncertainty, with non-linearity and bias below 3% in both channels. Regarding event reconstruction, we demonstrated that the energy determination provided by the AugerPrime stations exhibits biases within 5% relative to UB stations. Additionally, we verified that the zenith and azimuth angles of the events are determined without bias between the two electronics. These results validate the Observatory upgrade and ensure compatibility and a smooth transition between the data collected before and after the implementation of AugerPrime. To achieve the scientific goals of the upgrade regarding composition identification, it is essential to separate the muonic and electromagnetic components of EASs. In the second part of our research, we developed a method that accomplishes this separation using the signals from AugerPrime detectors. The method provides the muonic fraction with a bias below 6%...
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