Advanced functionality for radio analysis in the Offline software framework of the Pierre Auger Observatory

The advent of the Auger Engineering Radio Array (AERA) necessitates the development of a powerful framework for the analysis of radio measurements of cosmic ray air showers. As AERA performs ""radio-hybrid"" measurements of air shower radio emission in coincidence with the surface particle detectors and fluorescence telescopes of the Pierre Auger Observatory, the radio analysis functionality had to be incorporated in the existing hybrid analysis solutions for fluorescence and surface detector data. This goal has been achieved in a natural way by extending the existing Auger Offline software framework with radio functionality. In this article, we lay out the design, highlights and features of the radio extension implemented in the Auger Offline framework. Its functionality has achieved a high degree of sophistication and offers advanced features such as vectorial reconstruction of the electric field, advanced signal processing algorithms, a transparent and efficient handling of FFTs, a very detailed simulation of detector effects, and the read-in of multiple data formats including data from various radio simulation codes. The source code of this radio functionality can be made available to interested parties on request. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Trigger and aperture of the surface detector array of the Pierre Auger Observatory

The surface detector array of the Pierre Auger Observatory consists of 1600 water-Cherenkov detectors, for the study of extensive air showers (EAS) generated by ultra-high-energy cosmic rays. We describe the trigger hierarchy, from the identification of candidate showers at the level of a single detector, amongst a large background (mainly random single cosmic ray muons), up to the selection of real events and the rejection of random coincidences. Such trigger makes the surface detector array fully efficient for the detection of EAS with energy above 3 x 10(18) eV, for all zenith angles between 0 degrees and 60 degrees, independently of the position of the impact point and of the mass of the primary particle. In these range of energies and angles, the exposure of the surface array can be determined purely on the basis of the geometrical acceptance. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Upper limit on the cosmic-ray photon fraction at EeV energies from the Pierre Auger Observatory

From direct observations of the longitudinal development of ultra-high energy air showers performed with the Pierre Auger Observatory, upper limits of 3.8%, 2.4%, 3.5% and 11.7% (at 95% c.l.) are obtained on the fraction of cosmic-ray photons above 2, 3, 5 and 10 EeV (1 EeV equivalent to 10(18) eV), respectively. These are the first experimental limits on ultra-high energy photons at energies below 10 EeV. The results complement previous constraints on top-down models from array data and they reduce systematic uncertainties in the interpretation of shower data in terms of primary flux, nuclear composition and proton-air cross-section. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Anisotropy and chemical composition of ultra-high energy cosmic rays using arrival directions measured by the Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Collaboration has reported. evidence for anisotropy in the distribution of arrival directions of the cosmic rays with energies E > E(th) = 5.5 x 10(19) eV. These show a correlation with the distribution of nearby extragalactic objects, including an apparent excess around the direction of Centaurus A. If the particles responsible for these excesses at E > E(th) are heavy nuclei with charge Z, the proton component of the sources should lead to excesses in the same regions at energies E/Z. We here report the lack of anisotropies in these directions at energies above E(th)/Z (for illustrative values of Z = 6, 13, 26). If the anisotropies above E(th) are due to nuclei with charge Z, and under reasonable assumptions about the acceleration process, these observations imply stringent constraints on the allowed proton fraction at the lower energies.

The Pierre Auger Observatory scaler mode for the study of solar activity modulation of galactic cosmic rays

Since data-taking began in January 2004, the Pierre Auger Observatory has been recording the count rates of low energy secondary cosmic ray particles for the self-calibration of the ground detectors of its surface detector array. After correcting for atmospheric effects, modulations of galactic cosmic rays due to solar activity and transient events are observed. Temporal variations related with the activity of the heliosphere can be determined with high accuracy due to the high total count rates. In this study, the available data are presented together with an analysis focused on the observation of Forbush decreases, where a strong correlation with neutron monitor data is found.

The exposure of the hybrid detector of the Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Observatory is a detector for ultra-high energy cosmic rays. It consists of a surface array to measure secondary particles at ground level and a fluorescence detector to measure the development of air showers in the atmosphere above the array. The ""hybrid"" detection mode combines the information from the two subsystems. We describe the determination of the hybrid exposure for events observed by the fluorescence telescopes in coincidence with at least one water-Cherenkov detector of the surface array. A detailed knowledge of the time dependence of the detection operations is crucial for an accurate evaluation of the exposure. We discuss the relevance of monitoring data collected during operations, such as the status of the fluorescence detector, background light and atmospheric conditions, that are used in both simulation and reconstruction. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Update on the correlation of the highest energy cosmic rays with nearby extragalactic matter

Data collected by the Pierre Auger Observatory through 31 August 2007 showed evidence for anisotropy in the arrival directions of cosmic rays above the Greisen-Zatsepin-Kuz`min energy threshold, 6 x 10(19) eV. The anisotropy was measured by the fraction of arrival directions that are less than 3.1 degrees from the position of an active galactic nucleus within 75 Mpc (using the Veron-Cetty and Veron 12th catalog). An updated measurement of this fraction is reported here using the arrival directions of cosmic rays recorded above the same energy threshold through 31 December 2009. The number of arrival directions has increased from 27 to 69, allowing a more precise measurement. The correlating fraction is (38(-6)(+7))%, compared with 21% expected for isotropic cosmic rays. This is down from the early estimate of (69-(+11)(13))%. The enlarged set of arrival directions is examined also in relation to other populations of nearby extragalactic objects: galaxies in the 2 Microns All Sky Survey and active galactic nuclei detected in hard X-rays by the Swift Burst Alert Telescope. A celestial region around the position of the radiogalaxy Cen A has the largest excess of arrival directions relative to isotropic expectations. The 2-point autocorrelation function is shown for the enlarged set of arrival directions and compared to the isotropic expectation. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

The fluorescence detector of the Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Observatory is a hybrid detector for ultra-high energy cosmic rays. It combines a surface array to measure secondary particles at ground level together with a fluorescence detector to measure the development of air showers in the atmosphere above the array. The fluorescence detector comprises 24 large telescopes specialized for measuring the nitrogen fluorescence caused by charged particles of cosmic ray air showers. In this paper we describe the components of the fluorescence detector including its optical system, the design of the camera, the electronics, and the systems for relative and absolute calibration. We also discuss the operation and the monitoring of the detector. Finally, we evaluate the detector performance and precision of shower reconstructions. (C) 2010 Elsevier B.V All rights reserved.

Measurement of the energy spectrum of cosmic rays above 10(18) eV using the Pierre Auger Observatory

We report a measurement of the flux of cosmic rays with unprecedented precision and Statistics using the Pierre Auger Observatory Based on fluorescence observations in coincidence with at least one Surface detector we derive a spectrum for energies above 10(18) eV We also update the previously published energy spectrum obtained with the surface detector array The two spectra are combined addressing the systematic uncertainties and, in particular. the influence of the energy resolution on the spectral shape The spectrum can be described by a broken power law E(-gamma) with index gamma = 3 3 below the ankle which is measured at log(10)(E(ankle)/eV) = 18 6 Above the ankle the spectrum is described by a power law with index 2 6 followed by a flux suppression, above about log(10)(E/eV) = 19 5, detected with high statistical significance (C) 2010 Elsevier B V All rights reserved

A study of the effect of molecular and aerosol conditions in the atmosphere on air fluorescence measurements at the Pierre Auger Observatory

The air fluorescence detector of the Pierre Auger Observatory is designed to perforin calorimetric measurements of extensive air showers created by Cosmic rays of above 10(18) eV. To correct these measurements for the effects introduced by atmospheric fluctuations, the Observatory contains a group Of monitoring instruments to record atmospheric conditions across the detector site, ail area exceeding 3000 km(2). The atmospheric data are used extensively in the reconstruction of air showers, and are particularly important for the correct determination of shower energies and the depths of shower maxima. This paper contains a summary of the molecular and aerosol conditions measured at the Pierre Auger Observatory since the start of regular operations in 2004, and includes a discussion of the impact of these measurements oil air shower reconstructions. Between 10(18) and 10(20) eV, the systematic Uncertainties due to all atmospheric effects increase from 4% to 8% in measurements of shower energy, and 4 g cm(-2) to 8 g cm(-2) in measurements of the shower maximum. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Purificação de aluminio por fusão zonal horizontal

Durante este trabalho foi construido um sistema experimental de fusão zonal horizontal com a finalidade de purificar metais com ponto de fusão entre 400° e 1200°C. A fonte de aquecimento escolhida foi o aquecimento indutivo, e o metal o alumínio. Uma barra de alumínio foi colocada dentro de um cadinho de grafite alojada dentro de um tubo de quartzo. Para deslocar a zona de fusão o cadinho foi puxado por meio de fios, polias e pesos acoplados a um motor-redutor. As experiências de purificação foram feitas com atmosfera de argônio. Foram produzidas oito barras usando diferentes números de passadas da zona de fusão e velocidade de deslocamento. Os resultados obtidos pelos métdos de análise empregados mostraram-se satisfatoriamente concordantes com a teoria e com os resultados registrados na literatura.

Copolimeros de propileno-etileno com baixos teores de etileno : estrutura, morfologia e propriedades

A estrutura básica predomínante encontrada em todos os copolímeros foi a de longos blocos de polipropileno cristalizáveis, separados por unidades isoladas de etileno, que atuaram como defeitos cristalínos, reduzindo o grau de cristalínidade, além da perfeição e da espessura dos cristais. O gradual aumento do teor de etileno nas amostras origínais, até aproximadamente5 moI % provocou redução progressiva no comprimento dos blocos de propileno em ambas as frações cristalizável e elastomérica. Acima daquela concentração, o etileno mostrou por principal efeito a elevação do teor de borracha de etileno-propileno(EPR), refletíndo-seem pronunciado aumento da resistência ao impacto dos copolímeros, com pouca alteração do comprimento das seqüências propiJênicas nas frações cristaJizáveJe elastomérica. A estrutura e a morfologia da borracha EPR gerada foram analisadas, observando-se sua excepcional dispersão na fase contínua cristalína. Análise das curvas de fusão por DSC, utilizando-se conceitos cínéticos, demonstrou a existência de uma energia de ativação aparente de fusão, associada à introdução de unidades etilênicas nas cadeias, e relacionada ao processo de fusão dos cristais poliméricos. A redução de cristalínidade das amostras e o aumento de mobilidade de cadeia da fase amorfa para teores crescentes de etileno resultaram em redução da rigidez dos copolímeros. Propriedades ópticas, como "haze" e brilho mostraram-se dependentesdo balanço entre o teor de cristais e o teor de borracha. Um balanço global das propriedades analisadas sugere uma composição ótima para aplicações típicas de copolímeros de propileno-etileno aquela com teores de etileno entre 4 e 6 moI % (aproximadamente 3 -4 % em massa).

Estudo sobre a potencialidade de uso das escórias de aciaria como adição ao concreto

A geração de resíduos tem se mostrado um problema de preocupação mundial crescente. Muitos rejeitos, sejam industriais ou urbanos, muitas vezes acabam por poluir o meio-ambiente, causando problemas de armazenagem de certos materiais. Além disso, materiais alternativos a partir desses rejeitos podem ser mais baratos, apresentando muitas vezes características de desempenho melhores que os materiais convencionais. As siderúrgicas, em nível mundial, vêm enfrentando um problema comum, que consiste no que fazer para que a totalidade da escória gerada no refino do aço em aciarias elétricas ou à oxigênio tenha uma solução de aproveitamento melhor do que vem sendo feito atualmente. Na fabricação do aço as escorias são geradas em duas etapas: a primeira provém do chamado refino oxidante (forno elétrico a arco ou convertedor à oxigênio) e a segunda do refino redutor em processos de metalurgia na panela (forno-panela). Este trabalho tem como objetivo principal o de apontar potencialidades de uso da escória de aciaria elétrica, com destaque para a proveniente do forno-panela (escória do refino redutor), na indústria da construção civil através de testes em que a escória é utilizada, após moagem, como adição ao cimento Portland comum. Inicialmente foram realizados ensaios de viabilização para se testar a pozolanicidade, resistência à compressão, expansibilidade e profundidade de carbonatação de concretos gerados com diversas adições de escórias de aciaria elétrica. Comprovada a sua viabilidade partiu-se para os ensaios complementares do trabalho utilizando-se somente uma escória do refino redutor. Nesta segunda etapa foram realizados ensaios de caracterização de todos materiais estudados, ensaios de expansibilidade, ensaios mecânicos e de durabilidade dos concretos gerados com esta escória e ensaios de microscopia eletrônica de varredura e de difração de raios X do material. Após o estudo realizado comprovou-se ser perfeitamente viável a utilização de até 10% da escória do refino redutor (forno-panela- FP) como adição ao cimento para produção de concretos. Inclusive, independente do tempo de estocagem da escória, pode-se constatar melhorias no concreto produzido.

Influência de bolhas de hélio e da microestrutura sobre a evolução térmica de filmes de alumínio implantados com cobre

Este trabalho apresenta os resultados de um estudo sistemático sobre as influências do tamanho de grão de filmes finos de Al e da implantação de íons de He sobre a evolução térmica de distribuições de átomos de Cu e formação de precipitados de Al-Cu. Filmes finos de Al depositados sobre substrato de SiO2/Si através de dois processos diferentes foram implantados com íons de Cu+ e He+ produzindo uma solução sólida supersaturada de Al-Cu (≈ 2,5 a 3,5 at. %) e nano-bolhas de He. Os valores de energia dos íons foram escolhidos de tal forma a produzirem uma camada rica em Cu e He na região a aproximadamente 100nm da superfície. Tais filmes foram tratados termicamente em alto-vácuo nas temperaturas de 200ºC e 280ºC por tempos de 0,5h e 2h. Os filmes foram analisados por Retroespalhamento Rutherford, para determinação do perfil de concentração dos átomos de Cu, e por Microscopia Eletrônica de Transmissão, para determinação da microestrutura do Al e dos sistemas de nano-partículas Al-Cu e Al-He. Os resultados experimentais mostraram que a evolução térmica da distribuição dos átomos de Cu e a formação de precipitados de Al-Cu são significativamente afetadas pela configuração e tamanho de grão do filme de Al e pelas implantações de He. O presente estudo mostrou que existe uma forte correlação entre o fluxo de vacâncias e a estabilidade da microestrutura de filmes finos de Al (Al/SiO2/Si) implantados com íons de Cu+ e He+ e tratados termicamente. A possibilidade de controlar os fluxos de vacâncias através de configurações da microestrutura dos filmes de Al é, portanto, um tema de grande interesse tecnológico relacionado a durabilidade das interconexões metálicas de dispositivos microeletrônicos.

Estudo exploratório da deposição de filmes de diamante em alguns substratos cerâmicos

o presente trabalho é um estudo exploratório a respeito da síntese de filmes de diamante via deposiçãoquímica a vapor (CVD) sobre alguns substratos cerâmicos: diboreto de titânio (TiB2), ítria (Y20a), zircão (ZrSi04), zircônia parcialmente e totalmente estabilizada com ítria (Zr02), pirofilita ( Al2Si4OlO(OHh), .alumina (Al2Oa) e nitreto de boro hexagonal (h-BN). Estes substratos foram produzidos, em sua maioria, a partir da sinterização de pós micrométricos em altas temperaturas. Além do estudo em relação a possíveis candidatos alternativos ao tradicional silício para o crescimento de filmes auto-sustentáveis, procuramos encontrar substratos onde o filme aderisse bem e cujas propriedades tribológicas pudessem ser melhoradas com o recobrimento com filme de diamante.Dentre os materiais selecionados, constatamos que a topografia da superfície relacionada à densidade de contornos de grão, desempenha um papel relevante na nucleação do diamante. Além disso, os materiais que favorecem a formação de carbonetos conduziram a melhores resultados na nucleação e crescimento do filme, indicando que a ação da atmosfera reativa do CVD com o substrato também contribui decisivamente para o processo de nucleação. A partir dos resultados obtidos, concluímos que a aderência do filme de diamante ao zircão é excelente, assim como a qualidade do filme, o que pode serexplorado convenientemente caso as propriedades mecânicas do sinterizado de zircão sejam adequadas. No caso da zircônia parcialmente estabilizada, os resultados obtidos foram surpreendentes e este material poderia substituir o convencional substrato de silício para a deposição de filmes auto-sustentados de diamante, com inúmeras vantagens, dentre elas o fato de ser reutilizável e de não ser necessário ataque com ácidos para remoção do substrato, o que evita a geração de resíduos químicos.