The main objective of this thesis is the measurement of the cosmic ray energy spectrum above \unit[1]{EeV} based on the data recorded at the Pierre Auger Observatory. The continuation of the spectrum in the form of a power law is rejected with a 5.2 sigma significance. The number of events expected if a power law holds,  above 40 EeV  are 167+-3 and 35+- 1 above 100 EeV whereas in the measured flux there are 64 events and 1 event

Maris, Ioana Codrina

KITopen

Measurement of the Ultra High Energy Cosmic Ray Flux using Data of the Pierre Auger Observatory

Bestimmung des Energiespektrums ultra-hochenergetischer kosmischer Strahlung mit Daten des Pierre-Auger-Observatoriums
					Das Thema dieser Arbeit ist die Bestimmung des Energiespektrums kosmischer Strahlung bei höchsten Energien unter Verwendung von Daten des Oberflächendetektors des Pierre-Auger-Observatoriums. Ein wichtiger Beitrag zu den Unsicherheiten der Messung der lateralen Verteilung von Teilchen mit dem Oberflächendetektor ist das fehlende Signal der dem Zentrum des Luftschauers am nächsten liegenden Station. Dieses Problem wird hervorgerufen durch die Sättigung der Auslese-Elektronik und den Übergang zu einem nichtlinearen Verhalten der Photovervielfacher-Antwort. Davon betroffen sind 50% der Ereignisse in dem untersuchten Energiebereich. Eine Methode zur Bestimmung dieses Signal wird entwickelt. Die Abschwächung des Signals in der Atmosphäre wird mittels der Annahme räumlich konstanten Intensität der Kosmischen Strahlung abgeleitet. Besonderer Wert wird auf die Energiekonvertierung vermittels Fluoreszenzdetektor gelegt. Dazu werden Luftschauern Daten verwendet, welche so wohl mit dem Fluoreszenz- als auch mit dem Oberflächen-Detektor gemessen wurden. Um den Effekt der Detektor-Auflösung auf den gemessenen Fluss abzuschätzen, werden realistische Simulationen der Detektorantwort durchgeführt. Die Akzeptanz des Oberflächedetektors ist nur aus Daten bestimmt und die systematischen Unsicherheiten sind mit Hilfe von Simulationen berechnet. Dies ermöglicht eine Erweiterung des Energiespektrums aus Oberflächendetektordaten zu niedrigeren Energien hin, außerhalb des Bereiches voller Trigger-Effizienz. Außer dem durch vertikale Ereignisse des Oberflächendetektors erhaltenen Energiespektrum können zwei weitere unabhängige Spektren bestimmt werden: Ein Hybridspektrum, basierend auf Luftschauern, die den Fluoreszenzdetektor und mindestenz eine Station des Oberflächendetektores getriggert haben, und ein Spektrum mit Oberflächendetektor-Ereignissen mit Zenitwinkeln größer als 60Grad. Diese Spektren werden in einem einzigen Spektrum kombiniert, das sich über den breitesten Energiebereich der aktuellen Daten des Pierre-Auger-Observatoriums erstreckt und dabei die kleinsten Unsicherheiten hat. Das daraus resultierende Spektrum wird in einen astrophysikalischen Kontext gesetzt. Die Fortsetzung des Spektrums oberhalb 40EeV als Potenzgesetz wird mit einer Signifikanz von 5.2σ verworfen. Die Anzahl der erwarteten Ereignisse für ein Potenzgesetz ist 167 ± 3 über 40EeV und 35 ± 1 über 100EeV, wobei die Daten nur je 64 Ereignisse beziehungsweise 1 Ereignis im jeweiligen Bereich enthalten

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