Discriminazione tra fotoni e adroni primari con l'osservatorio Pierre Auger

The Pierre Auger Observatory is dedicated to the recording of the extended air showers generated by primary cosmic rays of energies above ∼ 10 17 eV. As part of the upgrade of the Observatory, known as AugerPrime, scintillator modules buried at a depth of 2.5 m has been implemented, designed for the direct measurement of the muonic component of the air showers. The aim of this thesis is to describe new methods for discriminating against showers generated by primary photons from those produced by hadronic primaries, using the new AugerPrime detectors. In the first part of it, the main properties of cosmic rays are briefly described, and the operation of the Pierre Auger Observatory is illustrated, with particular emphasis on the novelties introduced by the AugerPrime upgrade. Subsequently, the software used for data generation and simulation, as well as for the acquisition of data from the infill called Off line is analysed. In the second part of the thesis, the research into the compatibility of pre- and post-upgrade electronics is presented. The characterisation of the SmallPMT, a small photomultiplier used for extending the dynamic range of measurements in the surface detectors, is shown. Finally, the use of the underground modules (UMD) for the measurement of secondary muons generated in the development of atmospheric showers is examined. The final part of the thesis is devoted to a preliminary study of possible selection criteria for discriminating between photons and primary protons.

L’Osservatorio Pierre Auger è dedicato alla registrazione delle docce d’aria estese generate da raggi cosmici primari con energie superiori a ∼ 10 17 eV. Nell’ambito dell’aggiornamento dell’Osservatorio, noto come AugerPrime, sono stati implementati moduli scintillatori sepolti a una profondità di 2,5 m, progettati per la misura diretta della componente muonica delle docce d’aria. L’obiettivo di questa tesi è quello di descrivere nuovi metodi per discriminare le docce generate da fotoni primari da quelle prodotte da primari adronici, utilizzando i nuovi rivelatori AugerPrime. Nella prima parte, vengono brevemente descritte le principali proprietà dei raggi cosmici e illustrato il funzionamento dell’Osservatorio Pierre Auger, con particolare attenzione alle novità introdotte dall’aggiornamento AugerPrime. Successivamente, viene analizzato il software utilizzato per la generazione e la simulazione dei dati, nonché per l’acquisizione dei dati dall’infill chiamato Offline. Nella seconda parte della tesi, viene presentata la ricerca sulla compatibilità tra l’elettronica pre- e post-aggiornamento. Viene mostrata la caratterizzazione del SmallPMT, un piccolo fotomoltiplicatore utilizzato per estendere l’intervallo dinamico delle misurazioni nei rivelatori di superficie. Infine, viene esaminato l’uso dei moduli sotterranei (UMD) per la misura dei muoni secondari generati nello sviluppo delle docce atmosferiche. L’ultima parte della tesi è dedicata a uno studio preliminare dei possibili criteri di selezione per discriminare tra fotoni e protoni primari.