Tesis presentada para optar por el título de Doctor en Astrofísica. 2018.

Directores:
Dr. Alberto ETCHEGOYEN. CNEA, UNSAM, CONICET - Argentina.
Dr. Johannes BLÜMER. KIT - Alemania.

Lugar de realización: Gerencia Investigación y Aplicaciones - Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina.
Instituto de Tecnología de la Universidad Nacional de Karlsruhe - Alemania.

Fecha Defensa: 09/02/2018

Jurado:
Dr. Xavier BERTOU. CNEA, CONICET - Argentina
Dr. Alberto Daniel SUPANITSKY. IAFE, UTN, CONICET - Argentina.
Dr. Thomas MÜLLER. KIT - Alemania.
Dr. Thomas SCHWETZ-MANGOLD. KIT - Alemania.

Los rayos cósmicos son conocidos desde hace más de 70 años y, sin embargo, su origen sigue siendo un misterio. Del mismo modo, la posibilidad de una componente fotónica de muy alta energía es uno de los problemas abiertos en la Astrofísica. La búsqueda de fotones de alta energía complementa las mediciones de los rayos cósmicos y neutrinos hacia una comprensión multi-canal de los fenómenos astrofísicos más energéticos.

En la búsqueda de fotones de ultra-alta energía, es crucial definir parámetros sensibles a la composición capaces de rechazar adecuadamente el fondo hadrónico de los rayos cósmicos. El contenido muónico de las lluvias atmosféricas extensas producidas por los rayos cósmicos primarios al entrar en la atmósfera es uno de los aspectos más prometedores en este sentido. El detector de muones subterráneo AMIGA, como parte de la próxima mejora AugerPrime del Observatorio Pierre Auger, ofrece una oportunidad única y directa para medir muones de alta energía de lluvias atmosféricas extensas, y así, aumentar la sensibilidad del Observatorio a una señal fotónica primaria.

El objetivo principal de esta tesis es la extensión de la búsqueda de fotones de ultra alta energía hasta ~1016.5 eV. En este marco, definimos y describimos dos nuevos observables sensibles a la composición diseñados para la discriminación fotón/hadrón para ser aplicados en el detector de superficie y detector de muones del Observatorio Auger para energías mayores a 1016.4 eV. El método multiparamétrico, bautizado Mb+Q , es extensamente estudiado y su ejecución se aborda bajo numerosas condiciones. Se demuestra que el rechazo de fondo y la eficiencia de la señal para el método compuesto son adecuados para imponer los mejores límites superiores de todos los experimentos de rayos cósmicos.

Considerando la alta exposición del experimento Auger en dirección al centro galáctico, el método descrito en esta tesis representa una herramienta valiosa con un potencial de descubrimiento sin precedentes en la detección de una señal fotónica minúscula en el flujo de rayos cósmicos. Se preveé que esta investigación sea la base de una futura publicación oficial de la Colaboración Pierre Auger.