A distinção da partícula primária em chuveiros atmosféricos extensos utilizando o tempo de chegada de fótons Cerenkov

Neste trabalho, discutirei a utilização do tempo de chegada dos fótons Cerenkov como técnica de distinção da partícula primária em chuveiros atmosféricos extensos. Os telescópios de luz Cerenkov mostraram ser os mais eficientes instrumentos de medida em astronomia gama e suas medidas têm colaborado para a compreensão dos processos de geração de raios cósmicos em núcleos ativos de galáxias e supernovas. Na observação das fontes emissoras de raios gama, a reconstrução da energia e ângulo de incidência da partícula primária é duramente prejudicada pela detecção de chuveiros iniciados por prótons, ferros e outros núcleos. A mais utilizada técnica de distinção de primários é a Técnica de Imagem (Imaging Atmospheric Cerenkov Technique), que se baseia na forma do sinal na câmara de fotomultiplicadoras. O método aqui apresentado faz uso do tempo de chegada para caracterizar os chuveiros hadrônicos através da sua componente muônica. A teoria que descreve o desenvolvimento dos chuveiros prediz a presença de um pico antecipado na distribuição temporal devido aos fótons produzidos por múons. Modificações incluindo absorção da atmosfera, eficiência quântica das fotomultiplicadoras e refletividade dos espelhos nas simulações de Monte Carlo, viabilizaram um estudo detalhado dos perfis temporais que revelou novas características marcantes da distribuição temporal e que possibilitou o desenvolvimento de uma promissora técnica de distinção. Comprovou-se, também, a necessidade de dois enfoques diferentes na análise de chuveiros, dependendo da energia do primário. Para energias abaixo de aproximadamente 10 TeV destaca-se a pequena largura do sinal de chuveiros hadrônicos enquanto que para energias superiores a 10 TeV a separação de gamas primários só foi possível a grandes ângulos zenitais devido à detecção do pico adiantado. Além disso, mostrarei estudos sobre a eficiência dos arranjos de Davies-Cotton e parabólico no tocante à utilização do tempo de chegada, comprovando a superioridade, já esperada, dos espelhos isócronosThe present work is a discussion of the Cerenkov photons arrival time as a technique to determine the primary particle of extensive air showers. Cerenkov telescopes have proven to be one of the most effective means of detecting sources of gamma rays and their measurements have improved our understanding on how cosmic rays are created in active galactic nuclei and supernovae. In the observations of these objects, the reconstruction of the energy and incident direction are the final goals of the data analysis. However, the precision of the reconstruction methods is strongly affected by the detection of showers initiated by protons, iron and other atomic nuclei. A method based on the shape of the image in the photomultiplier camera is the most used technique to distinguish between hadron and gamma induced showers. The so called Hillas Parameters have established the operational basis for the Imaging Atmospheric Cerenkov Technique. The method presented in this dissertation provides a way to access the information recorded in the arrival time profiles by the muonic component of the hadronic showers. The theory which describes the development of showers predicts the arrival of early Cerenkov photons due to the presence of muons in hadronic showers. The inclusion of atmospheric absorption, mirror reflectivity and photomul- tiplier quantum efficiency in the Monte Carlo programs reduced the output file size by a factor of tenallowing the simulation of a great number of events. A detailed analysis of the time profiles was carried out and revealed a new remarkable feature of the hadronic showers which resulted in the development of a promising method to distinguish primary particles. Two approaches are proposed for different ranges in energy. Hadronic showers with energies below 10 TeV show very narrow time distributions and can be eliminated by a superposition of cuts, while for energies above 10 TeV the distinction was possible only for large zenith angles through the detection of the early photons. Besides that, the properties concerning time profiles of the Davies-Cotton and Parabolic telescopes are going to be presented and, as expected, the superiority of the isochronous reflector is going to be demonstrate