SIF 2001, Milano Bicocca Il Progetto Pierre Auger Daniel V. Camin Dipartimento di Fisica dell’Universita’ e INFN, Milano Iniziativa a livello internazionale.

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1 SIF 2001, Milano Bicocca Il Progetto Pierre Auger Daniel V. Camin Dipartimento di Fisica dell’Universita’ e INFN, Milano Iniziativa a livello internazionale per lo studio dei Raggi Cosmici di Altissima Energia UHECR: 10 19 eV - 10 21 eV Spettro di Energia Composizione Direzione Collaborazione internazionale : ca. 250 ricercatori di 53 Istituti di 13 paesi Due Osservatori, ciascuno di 3000 km 2 Progettati per 20 anni di operazione Emisfero Sud + Emisfero Nord Gia’ partito; verra’ completato entro il 2004

2 SIF 2001, Milano Bicocca Spettro dei Raggi Cosmici Per 3000 km 2 : @10 19 eV : 3000 eventi/anno @10 20 eV : 30 eventi/anno ( in ciascun sito )

3 SIF 2001, Milano Bicocca Interazione con i fotoni fosili 3.10 20 eV 50 Mpc Greissen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) cut-off p+   ---->p+   A+   ---->(A-1)+n

4 SIF 2001, Milano Bicocca Lo spettro alle energie estreme Nuovi risultati nel ICRC ad Amburgo E’ imprescindibile migliorare la statistica ! Obiettivo di Auger 13 eventi di E > 10 20 eV

5 SIF 2001, Milano Bicocca Auger: un rivelatore ibrido Il SD registra il momento di arrivo del fronte dello shower. Due tecniche di rivelazione indipendenti -Rivelatore di Superficie (SD) e -Rivelatore di Fluorescenza (FD) Il FD registra lo sviluppo longitudinale dello shower, Nch(X) Il sito e’ a 1400 m ( massima densita’ di particelle )

6 SIF 2001, Milano Bicocca I rivelatori SD e FD 1) Rivelatore di Superficie: Cerenkov ad acqua 100% duty cycle permette la determinazione di: -asse dello shower -massa del primario 2) Rivelatore di Fluorescenza: 10% duty cycle Misura calorimetrica Permette la determinazione del profilo longitudinale 3) Per il 10 % del tempo: Rivelatore ibrido Due misure indipendenti dello stesso sciame Intercalibrazione di entrambi I rivelatori Determinazione indipendente della massa del primario

7 SIF 2001, Milano Bicocca Il Sito Sud Malargue, Provincia di Mendoza, Argentina 3000 km 2, 1400 m altezza ( 875 g cm -2 ) 1600 rivelatori di superficie Cherenkov ad acqua spaziati 1.5 km. 4 rivelatori di fluorescenza: 30 telescopi ciascuno con un copertura di 30 o x 30 o FOV 65 km

8 SIF 2001, Milano Bicocca Auger in Lombardia...

9 SIF 2001, Milano Bicocca Il rivelatore di Superficie Spaziati 1.5 km Alimentati mediante panelli solari Tempo absoluto via GPS Sistema di comunicazioni tipo telefonia cellulare Elettronica di front end, trigger, slow control, trasmissione dati, GPS progettata per 20 anni di operazione. 10 m 2, 1.2 m profondita’, 3 PMTs, 40 MHz FADC Segnale integrato viene espresso in termini di muoni verticali equivalenti, vem (1 vem ~ 100 pe)

10 SIF 2001, Milano Bicocca Un modulo del Rivelatore SD

11 SIF 2001, Milano Bicocca Rivelatore di Superficie Il rivelatore di superficie, misura i muoni, electroni e gamma dello sciame. 10 19 eV proton

12 SIF 2001, Milano Bicocca Risoluzione angolare del SD E > 10 19 eV  (deg) Proton/IronPhoton E>10 19 eVE>10 20 eVE>10 19 eV 20 o 1.1 o 0.6 o 4.0 o 40 o 0.6 o 0.5 o 2.5 o 60 o 0.4 o 0.3 o 1.0 o 80 o 0.3 o 0.2 o 1.0 o space angle containing 68% of events

13 SIF 2001, Milano Bicocca Risoluzione del SD L’energia viene determinata fittando densita’ a 1000m,  (1000). I fattori di conversione sono determinati mediante simulazioni, promediati per protoni e Fe. E > 10 19 eV. rms E resolution ~12% (mix p/Fe) Proton Iron photon

14 SIF 2001, Milano Bicocca Apertura e rate di eventi del SD Zenith < 60 o, based on AGASA spectrum (Takeda et al 1998) (Zenith > 60 o adds about 50% to event rate) E o (eV) Trig Aperture km 2 sr Rate per year > E o 10 18 00 3x10 18 220015000 10 19 72005150 2x10 19 73501590 5x10 19 7350490 10 20 7350100 2x10 20 735030

15 SIF 2001, Milano Bicocca Il Rivelatore di Fluorescenza 5 “occhi” 6 telescopi / occhio 30 o x 30 o FOV/telescopio 440 PMTs per Camera 1.5 o x 1.5 o PMT’s FOV 13200 canali di elettronica/ sito.

16 SIF 2001, Milano Bicocca Apertura, camera, specchi Apertura Schmidt e Camera Camera: 440 pixels, 30 o x30 o Camera e specchi (3.8m x 3.8m ) del primo prototipo

17 SIF 2001, Milano Bicocca Edificio del FD 2 telescopi coprono il ”engineering array”

18 SIF 2001, Milano Bicocca L’edificio del FD a Los Leones

19 SIF 2001, Milano Bicocca Camera e Specchio del prototipo

20 SIF 2001, Milano Bicocca La elettronica analogica del FD Head Electronics: PMT Active Bias Differential signal driver Test-Pulse input Sensitive measurement of the background light (CM), Analog Board: differential -to– single-ended conversion equalize PMTs gain adapt dynamic range to 15 bit provides antialiasing filter generate test pulses to the HE generate test patterns to test SLT reads out the CM signal Distribution Board: Routes HV/LV to PMT+HE Routes Test pulses to the HE Provides fuses to LV lines HV/LV Power Supply: Modular system for 6 bays 1 Crate with HV and LV modules Remotely controlled TP for SLT

21 SIF 2001, Milano Bicocca Elettronica dei PMTs ( HE)

22 SIF 2001, Milano Bicocca La Base attiva per i PMT’s Identical distribution of potentials: (3, 1, 1.., 1.25, 1.75, 1.25) Biasing voltage on PMT = 900 V Current and Power Dissipation Passive: 273  A, 246 mW Active: 145  A, 131 mW Temperature independent Same noise Lower power implies savings in HVPS cost

23 SIF 2001, Milano Bicocca Tracking stars Vega traversing the camera’s FOV The current monitor: An extremely sensitive System for sky background light measurements Fifth mag. stars are clearly seen after the UV filter.

24 SIF 2001, Milano Bicocca Primo sciame di alta energia

25 SIF 2001, Milano Bicocca Risposta del FD a un impulso Laser

26 SIF 2001, Milano Bicocca Layout del Sito Sud La ricostruzione ibrida si puo’ fare quando l’evento e’ dal SD e almeno da 1 telescopio. L’utilizzo di 4 “occhi” permette rilassare la accuratezza nella conoscenza della attenuazione atmosferica della luce. Il parametro d’impatto medio a 10 19 eV e’ di 13km = “Occhio” di Fluorescenza

27 SIF 2001, Milano Bicocca Ricostruzione dell’asse dello shower Il FD determina il piano sciame-rivelatore che contiene l’asse dello sciame e l’occhio Il vettore normale al piano e’ noto con una accuratezza di ~ 0.2 o Per estrarre R p e  l’occhio deve misurare la velocita’ angolare  e la sua derivata, d  /dt Pero’ d  /dt e’ difficile di misurare –La misura del tempo di arrivo del fronte dello shower fatto dal SD facilita notevolmente la determinazione di d  /dt

28 SIF 2001, Milano Bicocca Ricostruzione Ibrida (Cont.) Simulazioni a 10 19 eV Ricostruzione del parametro d’impatto Rp. Notevole miglioramento mediante la ricostruzione ibrida. Solo FD median R p error = 350m (strong dependence on angular “Track Length”) Ibrido median Rp error = 20 m

29 SIF 2001, Milano Bicocca Apertura Rivelatore Ibrido Da notare la apertura significativa a 10 18 eV, e la apertura stereo a piu’ alte energie. Richiesta al Trigger : al meno un occhio triggera con una lunghezza di traccia di 6 gradi; due rivelatori SD.  < 60 o Apertura Ibrida = Efficenza del Trigger Ibrido x 7375 km 2 sr Efficenza del trigger ibrido Efficenza “Stereo”

30 SIF 2001, Milano Bicocca E(eV)  dir ( o )  Core (m)  E/E (%)  Xmax g/cm 2 10 18 0.7601338 10 19 0.550725 10 20 0.550624 Solo errore statistico Angolo zenitale < 60 O (Simulazione: Bruce Dawson) Ricostruzione Ibrida

31 SIF 2001, Milano Bicocca Conclusioni La caratteristica saliente dell’ Osservatorio Pierre Auger è l’utilizzo di tecniche ibride: Rivelatori di Fluorescenza e di Superficie. La costruzione di Auger Sud è a buon punto: –Il primo edificio per il FD a Los Leones è operativo dal Maggio 2001 –Il secondo edificio, a Cohiueco, è in completamento. –La costruzione del terzo edificio comincerà alla fine del 2002 –La stazione di assemblaggio dei rivelatori SD è operativa dal 2001 –L’edificio centrale è stato inaugurato a Novembre del 2001 –Attualmente sono operative 40 tanks SD e due telescopi FD. La risposta a laser shots e il transito di stelle nel FOV sono stati visti con il FD. Le prime coincidenze fra tanks SD e telescopi del FD la relativa trasmisione dati verso il CDAS sono stati verificati con successo. Da Dicembre 2001: raccolti 77 eventi ibridi, nel range 10 18 eV÷3×10 19 eV.