The cosmic rays flux from the Pierre Auger Observatory data

The Pierre Auger Observatory is exploring the mysteries of the highest-energy cosmic rays. This experiment was conceived more than ten years ago to explore the properties of the most energetic cosmic rays such as the flux, arrival direction distribution and mass composition, with high statistical significance and covering the whole sky. A few years after Penzias and Wilson established the existence of the cosmic microwave background with a mean temperature of 2.7 K , Greisen, Zatsepin and Kuzmin predicted that a cutoff of the cosmic ray flux at the highest energies is expected due to the interaction of the ultra high energy cosmic rays with the cosmic microwave background photons. Before the Pierre Auger Observatory the AGASA and Hires experiments have obtained differents results about this cutoff. Those experiments use different detection techniques. The Auger experiment is an “hybrid” detector in the sense that uses for the first time both techniques. It consists of two complementary detectors designed to observe, in coincidence, the shower of particles which can be spread along several kilometres when they reach the earth surface. A Surface Detector (SD) composed of 1600 Cherenkov stations samples the front of the shower at ground. A Fluorescence Detector (FD) equipped with 24 telescopes collects the fluorescence light emitted by atmospheric nitrogen molecules excited as the shower is crossing the atmosphere. The FD measure the longitudinal profile of the shower. The Southern Observatory in Argentina near the Malargüe village was completed in May 2008 and inaugurated in November 2008. It is taking data in stable manner since January 2004. During this time the experiment has accumulated an unprecedented statistics and the first results are pubblished. The Northern Observatory will be built in Colorado, USA. Both observatories allow a full sky coverage. The main objective of this thesis is the measurement of the cosmic ray energy spectrum above 3 EeV based on the data recorded at the Pierre Auger Observatory.

L'Osservatorio Pierre Auger sta esplorando i misteri dei raggi cosmici di altissima energia. Questo esperimento è stato concepito da più di dieci anni per esplorare le proprietà dei raggi cosmici più energetici, come il flusso, la distribuzione e la direzione di arrivo, la composizione in massa, il tutto con una elevata significatività statistica e studiando l'intero cielo. Pochi anni dopo che Penzias e Wilson hanno stabilito l'esistenza del fondo cosmico di radiazione che ha una temperatura media di 2,7 K, Greisen, Zatsepin e Kuzmin previsero la soppressione del flusso dei raggi cosmici di alta energia dovuta alla loro interazione con questo fondo cosmico. Prima dell’Osservatorio Pierre Auger gli esperimenti AGASA ed Hires hanno ottenuto risultati contrastanti per quanto riguarda questa soppressione. Questi esperimenti utilizzano tecniche di rilevamento differenti. L'esperimento Auger è un rivelatore “ibridio”, nel senso che utilizza per la prima volta entrambe le tecniche. È costituito da due rivelatori progettati per osservare, in coincidenza, lo sciame di particelle che si può sviluppare lungo diversi chilometri quando raggiunge la superficie terrestre. Il rivelatore di superficie (SD) è composto di 1600 stazioni di Cherenkov che campionano il fronte dello sciame a terra. Il rivelatore a fluorescenza (FD) è dotato di 24 telescopi di fluorescenza che rilevano la luce emessa dalle molecole di azoto atmosferico eccitate dallo sciame, mentre attraversa l'atmosfera. Il FD misura il profilo longitudinale dello sciame. L’Osservatorio nell’emisfero Sud è in Argentina vicino la città di Malargüe ed è stato completato nel Maggio 2008 ed inaugurato nel Novembre 2008. L’Osservatorio è in presa dati in modo stabile dal Gennaio 2004. Durante questo tempo l'esperimento ha accumulato una quantità di dati senza precedenti ed i primi risultati sono stati pubblicati. L'Osservatorio nell’emisfero Nord sarà costruito in Colorado, negli Stati Uniti d'America. Gli osservatori insieme consentiranno una completa copertura del cielo. L'obiettivo principale di questa tesi è la misurazione dello spettro dei raggi cosmici di energia superiore ai 3 EeV sulla base dei dati registrati presso l'Osservatorio Pierre Auger.