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XX SEMINARIO NAZIONALE di FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE XX SEMINARIO NAZIONALE di FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE XX SEMINARIO NAZIONALE di FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE XX SEMINARIO NAZIONALE di FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE OTRANTO, Serra degli OTRANTO, Serra degli OTRANTO, Serra degli OTRANTO, Serra degli AliminiAliminiAliminiAlimini, 20, 20, 20, 20----26 Settembre 2007 26 Settembre 2007 26 Settembre 2007 26 Settembre 2007
E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Cosmic Rays at Extreme Energies The Pierre Auger Observatory
Ezio Menichetti
Dip. di Fisica Sperimentale, Universita’ di Torino
INFN, Sez. di Torino
Lecture 3
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Very low population density (< 0.1 /km2)
Good atmospheric conditions (clouds, aerosol, light…)
35o S latitude 69o W longitude
≈ 1400 m height
≈ 875 g/cm2
Very flat region “Pampa Amarilla”Malargüe (Argentina)
Geography - I
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Geography - II
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
50 km
Total area ~3000 km2
1600 Surface detectors (“water tanks”)
24 fluorescence telescopes 6 in each of 4 buildings
The South Site
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Topography
1500 m
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Tank Details
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
From Design to Reality
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
PM and HV Voltage Divider
9” PM from PhotonisHV made on board
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Mechatronics, Pedestals
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Solar Panels, Antennas
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
SD Muon Calibration
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
SD Linearity (Low Signals)
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
SD: Signal ComponentsSimulation
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
SD FADC Traces
Time (ns)
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
SD - Hunting the Shower - IConcept: Energy from Lateral Distribution !
1) EAS direction from tank timing, position
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
SD - Hunting the Shower - II2) Reconstruct LDFFit to empirical formula
3) Get S(1000)Detector signal at ground, 1 km off the core
4) Correct for slant depth→ S38(1000)Constant Intensity Cut→Take 380
Zenith as a Reference
Previous experiments, MCarlo: E = k S38(1000)
AUGER unique capability: Get k constant from FD
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Communications Network
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
SD Aperture
Relative aperture (trigger included) vs. EnergyFull efficiency above 3 EeV
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
SD – Resolution
S(1000) Zenith Core Position
Several sources of systematic uncertainty
1. VEM calibration2. Timing 3. S(1000) slant depth effects (CIC)
S(1000)>30VEM
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
ShutterCorrector RingOptical UV Filter
FD – TelescopeFour FD Eyes 6x4=24 Telescopes
MirrorPixel Camera
Light Collectors,440 PMElectronics
Analog Chain, FADC12 bit, 10 MSPS
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
FD – Telescope
Aperture, UV Filter, Corrector Ring, Pixel Camera, Mirror
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Some Details
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
FD – Electronics
Signal Formation Front-End Electronics
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
355 nmSteerable laser
optical fiber
SD tank
FD – CalibrationDrum
Diffuse, uniform camera illumination
Central Laser FacilityAUGER “Test Beam”
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
FD – CorrectionsAtmospheric Monitoring: Density, Transparency, AerosolsSeveral Gadgets:
Horizontal Attenuation MonitorBalloon RadiosondesCLFLIDARPhase Function Monitor
Cerenkov subtractionBased on track geometry, iterative
Unseen Energy Neutrinos, …MCarlo: ~ 10 % @ 10 EeV
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
FD – From Shower to Data
Pixel signals – CLF~Uniform amplitude
Pixel Signal – EASLongitudinal profile
FADC Traces
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
FD – Geometry, Energy, Profile
Abs. Calib. ~ 5 γγγγ/ADC countFY ~ 4.2 γγγγ/m Electron Track
But: New results expected soonAIRFLY (LNF, Argonne, ..)FLASH (SLAC)σXmax~ 30 g cm-2
SDP: Time fit…..and its problems for 1-eye evts
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Benefits from Hybrid
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Hybrid !
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Hybrid Reconstruction
SD + FDSD FD
Typical
Top Hybrid…Not included in the sample
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Hybrid Performance
From Laser Shots
Effective Aperture
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Energy Calibration with HybridsE Systematics Budget (projected)
FDFluorescence Yield 14% (↓ 8%)Abs/Rel Calibration 10%Atmosphere 8% (↓ 6%)Other 12%
Total 22 % (↓ 17%)SD
Detector calibration 10%S38(1000) 8 % Other 7 %
Total 18 %Overall Energy Scale
(Includes Hybrid Statistics) E dependent 30÷÷÷÷50 %Expected to ↓ to 25 ÷ 35%
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
This statistics: ~0.8 Year of Full Observatory (~7000 km2 sr yr)
Energy: Systematics ~ ±30-50 %; Statistical Error ~ 10%Efficiency =100% above 3 EeVA few high energy events
SD Spectrum
Still investigating systematics(e.g.Energy scale still uncertain)
Preliminary: Data difficult to reconcilewith AGASA
But:Wait for statistics, reducedsystematics
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Spectra & Spectra
Upper limits,no statistics
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
The Hole
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Compare to HiRes
Observe:
Same Fluor YieldSame Atmosphere
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Anisotropies: Exposure, Rates
Galactic Coordinates; E=1÷5 EeV
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Anisotropies: AGASA, SUGARAGASA Angular range: 20°Energy interval (1.0 – 2.5 EeV)
2116 / 2159.5ratio = 0.98 ± 0.02 ±0.0(22% excess projection: 2634 evts, 10-σ effect)
SUGARAngular range 5°Energy interval (0.8 – 3.2 EeV)
286 / 289.7 ratio = 0.98 ± 0.06 ± 0.(85% excess projection: 536 evts, 14.5-σ effect)
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Composition
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
Photon Limit
Method:Xmax from FDσXmax≈ 25 g cm-2 (does not include shower-to-shower fluctuations)
29 eventi
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E.E.E.E.MenichettiMenichettiMenichettiMenichetti
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