Detecção de neutrinos no observatório Pierre Auger
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Data
2003-03
Autores
Menezes, Márcio de [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Faz-se aqui o estudo da detecção de neutrinos (v) de altas energias ('E IND.v' > '10 POT.9' GeV) no Observatório Pierre Auger usando os detectores de fluorescência. Introduzimos todo o conhecimento experimental dos raios cósmicos, em conjunto com a fenomenologia das partículas elementares, para que o estudo da detecção possa ser entendido de forma bastante geral. Raios cósmicos de até '10 POT.15' eV vem de fontes em nossa galáxia; já as partículas acima de '10 POT.18' eV não são confinadas no campo magnético da galáxia. Portanto, acredita-se que estas partículas sejam de origem extra-galática. Porém, sua natureza continua completamente desconhecida. Existem vários modelos que resultam em diferentes fluxos de neutrinos de altíssimas energias. Independente do modelo, estes neutrinos vem de distâncias cosmológicas, estando sujeitos à oscilação do seu sabor. A oscilação de neutrinos traz como conseqüência uma igualdade entre os fluxos dos neutrinos de cada família. O método aqui utilizado para detecção de neutrinos consiste em considerar apenas aqueles que se propagam pelo interior terrestre, até chegarem a região de detecção. Estes neutrinos de altíssimas energias podem dar origem a léptons carregados após uma interação de corrente carregada com núcleos atômicos. Estes léptons carregados continuam se propagando na mesma direção do neutrino original, podendo sair da terra. Ao sair da Terra estes léptons carregados poderão ser detectados pelo Observatório Pierre Auger. Destes léptons, apenas o tau dará origem a um chuveiro eletromagnético que deverá ser detectado. Mostramos por fim que um número bastante pequeno de neutrinos atravessando a terra deverá ser observado. Entretando, mesmo a observação de um único evento em vários anos nos indicaria a existência de neutrinos. Além disso, seria o início de uma nova fase na detecção de raios cósmicos.
Abstracts: Here we study the detection of the ultra high energy neutrinos in Pierre Auger Observatory using the fluorescence detectors. We introduce all the experimental knowledge of cosmic rays, together with the elementary particles phenomenology, so that the detection study can be understood in a very genral way. Cosmic rays with energies up to '10 POT.15' eV come from sources in our galaxy. But the particles above '10 POT.18' eV are not confined in the galactic magnetic field. So, it is believed that these particles are of extragalactic origin. But their nature is completely unknown. There are many models that result in different ultrahigh energy neutrino fluxes. Independent of the model, these neutrinos como from cosmological distances, being subject to flavor oscillation. The neutrino oscillation gives as a consequence the equality between the neutrino fluxes of each family. The method used for the neutrino detection is to consider only those that propagate through the earth, until they arrive to the detection area. These ultra high energy neutrinos can create charged leptons after a charged current interaction with atomic nuclei. These charged leptons keep the same direction of the original neutrino and they can exit the Earth. When they exit the Earth, they will be detected by the Pierre Auger Observatory. We show, finally, that very small number of neutrinos crossing the Earth will be detected. However, even the observation of one single event in many years will be an indication of the existence of a neutrino flux. Moreover, it would be the beginning of a new phase in the cosmic ray detection.
Abstracts: Here we study the detection of the ultra high energy neutrinos in Pierre Auger Observatory using the fluorescence detectors. We introduce all the experimental knowledge of cosmic rays, together with the elementary particles phenomenology, so that the detection study can be understood in a very genral way. Cosmic rays with energies up to '10 POT.15' eV come from sources in our galaxy. But the particles above '10 POT.18' eV are not confined in the galactic magnetic field. So, it is believed that these particles are of extragalactic origin. But their nature is completely unknown. There are many models that result in different ultrahigh energy neutrino fluxes. Independent of the model, these neutrinos como from cosmological distances, being subject to flavor oscillation. The neutrino oscillation gives as a consequence the equality between the neutrino fluxes of each family. The method used for the neutrino detection is to consider only those that propagate through the earth, until they arrive to the detection area. These ultra high energy neutrinos can create charged leptons after a charged current interaction with atomic nuclei. These charged leptons keep the same direction of the original neutrino and they can exit the Earth. When they exit the Earth, they will be detected by the Pierre Auger Observatory. We show, finally, that very small number of neutrinos crossing the Earth will be detected. However, even the observation of one single event in many years will be an indication of the existence of a neutrino flux. Moreover, it would be the beginning of a new phase in the cosmic ray detection.
Descrição
Palavras-chave
Auger, Pierre, Neutrinos, Astrofisica de neutrinos, Raios cosmicos, Particulas
Como citar
MENEZES, Márcio de. Detecção de neutrinos no observatório Pierre Auger. 2003. 89 f. Dissertação (mestrado) - Instituto de Física Teórica, Universidade Estadual Paulista, 2003.