60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

Uma partícula carregada passando por um meio transparente com uma velocidade superior à velocidade da luz neste meio emite uma radiação eletromagnética característica, chamada luz Cherenkov. Esta luz azulada pode ser captada através de fotomultiplicadoras, que utilizam o efeito fotoelétrico para converter os fótons em elétrons gerando um sinal elétrico. Utilizando-se deste princípio, no Laboratório de Léptons da UNICAMP foi instalado um tanque idêntico a um dos detectores de superfície do Observatório Pierre Auger. Um múon da radiação cósmica ao atravessar o detector produz, em média, um sinal com 96 elétrons, o que significa um sinal com uma amplitude muito pequena. Através de uma alta-tensão aplicada à fotomultiplicadora, esse sinal é amplificado. A tensão aplicada foi escolhida de modo a manter uma alta eficiência de detecção do sinal. Essa tensão escolhida é chamada tensão de trabalho. Este tipo de detector tem sido amplamente utilizado em experimentos de raios cósmicos e tem a finalidade de detectar a componente eletromagnética e muônica do chuveiro atmosférico extenso. Neste trabalho foram realizadas medidas utilizando múons da radiação cósmica.

METODOLOGIA:

Instalado na área externa do Laboratório de Léptons da UNICAMP, o detector de luz Cherenkov consiste num tanque cilíndrico contendo 12000 litros de água pura deionizada contida no interior de um saco hermético (liner) cuja parte interna é constituída de material Tyvek^® que reflete difusamente a luz Cherenkov e a parte externa é opaca, vedando a entrada de luz. Na parte superior deste saco estão instalados três fotomultiplicadoras (PMTs). Cada PMT fornece dois sinais: o ânodo e o dinodo que tem seu sinal amplificado 32 vezes em relação ao sinal do ânodo. Esses sinais são levados para o sistema de aquisição de dados instalado dentro do laboratório. A condição de disparo (trigger) da aquisição de dados foi formada por uma lógica entre quatro detectores cintiladores, dois chamados de raquetes e dois chamados de pirâmides, devido à forma desses detectores. O tanque está situado entre as duas pirâmides que foram utilizadas como vetos de chuveiros atmosféricos extensos. As raquetes formaram um telescópio de múons, utilizado para selecionar múons que atravessam o tanque. As medidas realizadas foram: o tempo de chegada do sinal (utilizando TDCs), a sua carga (utilizando ADCs), e a taxa de contagem utilizando scalers.

RESULTADOS:

Com os sinais de múons verticais da radiação cósmica em diferentes posições do tanque foi medida a dependência entre a carga média do sinal e a distância entre a posição de passagem do múons e a fotomultiplicadora; a relação entre a tempo médio da chegada do sinal e a distância entre a posição de passagem do múons e a fotomultiplicadora; a eficiência de contagem utilizando os dados do ADC, do TDC e das contagens de coincidências temporais duplas (entre as raquetes) e triplas (entra raquetes e fotomultiplicadoras); a relação entre o ganho da fotomultiplicadora em função da alta-tensão aplicada foi estudada através espectros de carga.

CONCLUSÕES:

Com este trabalho o detector tanque Cherenkov instalado na UNICAMP foi caracterizado e foi estuda a performance do detector de superfície do Observatório Pierre Auger. Com esta caracterização o detector será utilizado em futuros experimentos de raios cósmicos. Para cada uma das três fotomultiplicadoras foi determinada a eficiência de contagem para múons em função da trajetória da partícula no detector, a resolução temporal e a dependência da carga com a distancia.

Instituição de fomento: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo

Palavras-chave: raios cósmicos, detector de partículas, radiação Cherenkov

E-mail para contato: dconsalt@ifi.unicamp.br