Análisis de las distribuciones laterales de chubascos de rayos cósmicos con HAWC

Abstract

When a cosmic ray hits the molecules of the atmosphere it produces a shower of secondary particles that can be detected at ground level through different detection techniques, such as particle detector arrays, and fluorescence or air Cherenkov telescopes. The lateral distribution of particles around the shower axis (LDF) at ground level possess information about the mass composition and primary energy of cosmic rays. Studies of the LDF are difficult to perform due to experimental uncertainties and fluctuations in the development of the air shower. The High Altitude Water Cherenkov (HAWC) observatory is a dense air-shower array located in Puebla, Mexico at 4100 m a.s.l. and it is dedicated to the study of cosmic- and gamma-rays. The detector is instrumented with 1,200 photomultipliers (PMTs) distributed in 300 close-packed water Cherenkov tanks, which in total contain a total of 60 ML of water. Due to its design, HAWC is well-suited to perform detailed event-by-event studies of the LDF of multi-TeV cosmic-ray showers. We present a study of the LDF of cosmic-ray air showers recorded by HAWC in 2016 with energies between 3 TeV and 300 TeV and zenith angle < 16.7°. The data are used to determine the optimal parameterization of the LDF of the HAWC data. From here the lateral shower age is obtained and its sensitivity to the cosmic ray mass composition is analyzed.

Cuando un rayo cósmico interacciona con las moléculas de la atmósfera este produce una cascada o chubasco de partículas secundarias que se pueden detectar a nivel del suelo por medio de diferentes técnicas de detección, por ejemplo, usando redes de detectores de partículas, telescopios de fluorescencia o de aire Cherenkov. La distribución lateral de las partículas secundarias de un chubasco a nivel del suelo (LDF, por sus siglas en inglés) contiene información sobre la naturaleza del rayo cósmico primario, así como de su energía. Los estudios de la distribución lateral son difíciles de llevar a cabo debido a incertidumbres experimentales o fluctuaciones en el desarrollo del chubasco. El observatorio de rayos gamma HAWC es un arreglo denso de detectores de partículas ubicado en Puebla, México a 4,100 m s.n.m. dedicado al estudio de rayos cósmicos y rayos gamma. El detector está equipado con 1,200 fotomultiplicadores los cuales se encuentran distribuidos dentro de 300 detectores de agua Cherenkov, que en conjunto contienen un total de 60 ML de agua. HAWC tiene la capacidad de llevar a cabo mediciones detalladas, evento por evento, de la distribución lateral de chubascos de partículas con energías de varios TeV. En este trabajo se presenta un estudio sobre la distribución lateral de chubascos inducidos por rayos cósmicos medidos por HAWC en el año 2016 con energías entre 3 TeV y 1 PeV y ángulo cenital < 16.7°. Los datos fueron usados para determinar la óptima parametrización de la distribución lateral en HAWC. De aquí el parámetro de edad es obtenido y su sensibilidad a la composición de los rayos cósmicos es analizada.