Atmospheric effects on extensive air showers observed with the surface detector of the Pierre Auger observatory

Atmospheric parameters, Such as pressure (P), temperature (T) and density (rho proportional to P/T), affect the development of extensive air showers initiated by energetic cosmic rays. We have Studied the impact of atmospheric variations on extensive air showers by means of the surface detector of the Pierre Auger Observatory. The rate of events shows a similar to 10% seasonal modulation and similar to 2% diurnal one. We find that the observed behaviour is explained by a model including the effects associated with the variations of P and rho. The former affects the longitudinal development of air showers while the latter influences the Moliere radius and hence the lateral distribution of the shower particles. The model is validated with full simulations of extensive air showers using atmospheric profiles measured at the site of the Pierre Auger Observatory. (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.

Search for first harmonic modulation in the right ascension distribution of cosmic rays detected at the Pierre Auger Observatory

We present the results of searches for dipolar-type anisotropies in different energy ranges above 2.5 x 10(17) eV with the surface detector array of the Pierre Auger Observatory, reporting on both the phase and the amplitude measurements of the first harmonic modulation in the right-ascension distribution. Upper limits on the amplitudes are obtained, which provide the most stringent bounds at present, being below 2% at 99% C.L. for EeV energies. We also compare our results to those of previous experiments as well as with some theoretical expectations. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

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.

Three-dimensional, fully adaptive simulations of phase-field fluid models

We present an efficient numerical methodology for the 31) computation of incompressible multi-phase flows described by conservative phase-field models We focus here on the case of density matched fluids with different viscosity (Model H) The numerical method employs adaptive mesh refinements (AMR) in concert with an efficient semi-implicit time discretization strategy and a linear, multi-level multigrid to relax high order stability constraints and to capture the flow`s disparate scales at optimal cost. Only five linear solvers are needed per time-step. Moreover, all the adaptive methodology is constructed from scratch to allow a systematic investigation of the key aspects of AMR in a conservative, phase-field setting. We validate the method and demonstrate its capabilities and efficacy with important examples of drop deformation, Kelvin-Helmholtz instability, and flow-induced drop coalescence (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved

Análise de estruturas de concreto armado sujeitas à corrosão de armadura por cloretos através do método dos elementos finitos

A corrosão da annadura é um dos principais problemas para um grande número de es1ruturas de concreto annado por causa da redução substancial da área de aço, da perda de aderência, da fonnação de fissuras e lascamento do concreto. O modelo tridimensional proposto por este trabalho é baseado no processo de corrosão iniciado por ataque de cloretos e propagado a partir de micropilhas de corrosão, utilizando o método dos elementos finitos. A influência da temperatura, da umidade relativa do concreto, da ligação dos cloretos com compostos do concreto, da fonnação de fissuras provenientes do carregamento e da resistência ôhmica do concreto são levados em consideração. O modelo é dividido em 4 módulos que interagem entre si, sendo eles: análise estrutural, transferência de calor, difusão de cloretos e corrosão eletroquímica. O modelo computacional para a análise estrutural utiliza dois procedimentos. No primeiro busca-se a resposta da estrutura para um carregamento instantâneo, considerando-se o material com comportamento elasto-viscoplástico, associado com modelos de annadura incorporada e fissuras distribuídas.No segundo, detennina-se a resposta da estrutura ao longo do tempo com a teoria da solidificação proposta por Bazant e Prasannan (1989), utilizando as cadeias Kelvin, apresentando ótimos resultados com uma grande economia computacional. O processo de transferência de calor é baseado na fonnulação tridimensional da equação de Helmholtz, com condições de contorno de fluxos provenientes da radiação solar, convecção e radiação, apresentando bons resultados em relação a fonnulações analíticas. Para análise de vigas com a variação da temperatura média diária, constatou-se que as mesmas se encontram em equilíbrio ténnico com o ambiente A análise de difusão de cloretos implementada apresentou um comportamento idêntico ao da segunda lei de Fick para casos unidimensionais. Para análises de vigas carregadas se constatou que as fissuras provenientes de cargas de serviço não influenciam o processo de difusão e que o coeficiente de difusão referencial é o principal parâmetro na análise. O modelo de corrosão eletroquímica é baseado na fonnulação proposta por Liu (1996), obtendo-se como resultado a taxa de corrosão em função do tempo.

Transição à turbulência na camada de mistura estavelmente estratificada utilizando simulação numérica direta e simulação de grandes escalas

A transição à turbulência em uma camada de mistura estavelmente estratificada é de grande interesse para uma variedade de problemas geofísicos e de engenharia. Esta transição é controlada pela competição entre o cisalhamento do escoamento de base e as forças de empuxo, devido à estratificação em densidade do ambiente. Os efeitos do empuxo atuam no escoamento reduzindo a taxa de crescimento das perturbações e retardando a transição à turbulência, enquanto o cisalhamento fornece energia cinética ao escoamento. O presente trabalho investiga a natureza da transição à turbulência em uma camada de mistura temporal estavelmente estratificada através de Simulação Numérica Direta (DNS) e Simulação de Grandes Escalas (LES). O propósito da investigação é analisar o efeito da estratificação estável no desenvolvimento da instabilidade de Kelvin-Helmholtz (K-H) e na formação dos vórtices longitudinais, que se formam após a saturação dos turbilhões primários de K-H. Além deste propósito, é examinado, utilizando de DNS e LES, o desenvolvimento das instabilidades secundárias de K-H na camada baroclínica. Os testes numéricos tridimensionais são realizados com diferentes tipos de condições iniciais para a flutuação de velocidade transversal, enquanto uma condição forçada é usada para as outras duas componentes de flutuação de velocidade. Em particular, o efeito do comprimento transversal do domínio de cálculo é testado empregando diferentes comprimentos, enquanto são usadas as mesmas dimensões para a direção longitudinal e vertical. As simulações bidimensionais mostram que o aumento da estratificação inibe o processo de emparelhamento, reduz a troca de energia entre os turbilhões de K-H e o escoamento, atenua a instabilidade de K-H e diminui o fluxo vertical de massa. A instabilidade secundária do tipo K-H é identtificada na camada baroclínica para Re ¸ 500 quando há o processo de emparelhamento dos vórtices simulados. Na simulação a Re = 500, a instabilidade secundária de K-H aparece tanto para Ri = 0.07 (fraca estratificação) como para Ri = 0.167 (forte estratificação). Os resultados tridimensionais demonstram que os vórtices longitudinais são claramente formados na camada a Ri = 0. Por outro lado, nos casos estratificados os vórtices são enfraquecidos, devido ao gradiente longitudinal de densidade, que diminui a vorticidade nos turbilhões de K-H enquanto aumenta na região entre eles.

Integração semi-Lagrangeana num modelo oceano-atmosfera e ajuste geostrófico no domínio tempo

Este trabalho visa o uso da função de Green de valor inicial no ajuste geostrófico e do método Semi-Lagrangeano na integração de um modelo acoplado oceano-atmosfera descrito pelas equações de águas rasas. O ajuste geostrófico é considerado atravées de perturbações na pressão e do vento. No caso de sistemas sem rotação, é discutida a relação da equação hidrostática com ondas longas não-dispersivas. Com rotação, a conservação da vorticidade potencial permite escolher a elevação correspondente a um estado de equilíbrio geostrófico. O sistema de equações de águas rasas é desacoplado em equações de Klein-Gordon com valores iniciais e termos não-homogêneos acoplados. A resposta dinâmica formada pela resposta transiente e a resposta forçada é obtida para uma perturbação inicial da elevação. A ação do vento como forçante nas equações de momento 2D, através do transporte de Eckman, conduz a uma equação de águas rasas forçada. Uma decomposição da resposta forçada é realizada com uma resposta permanente, que satisfaz a equação de Helmholtz , e com o uso da base dinâmica gerada pela resposta impulso. Um modelo hidrodinâmico 3D introduzido por Casulli e governado por equações não-lineares de águas rasas é integrado na vertical para a obtenção de um modelo 2D. Com isto, as condições de contorno devido a tensão do vento e a fricção devido a topografia do fundo, transformam-se em forçantes do modelo. O modelo foi integrado com um método semi-implícito em diferenças finitas, utilizando-se o método Semi-Lagrangeano para a parte advectiva. Simulações simbólicas foram realizadas para o ajuste geostrófico devido a perturbações de duração infinita e finita para a elevação e para o efeito da tensão do vento. Foram realizadas simulações numéricas para variadas geometrias, em particular a Baia de Guanabara e a Lagoa do Patos.

Vortices in a mesoscopic superconducting circular sector

In the present paper we develop an algorithm to solve the time dependent Ginzburg-Landau equations, by using the link variables technique, for circular geometries. In addition, we evaluate the Helmholtz and Gibbs free energy, the magnetization, and the number of vortices. This algorithm is applied to a circular sector. We evaluate the superconduting-normal magnetic field transition, the magnetization, and the superconducting density. Our results point out that, as we reduce the superconducting area, the nucleation field increases. Nevertheless, as the angular width of the circular sector goes to small values the asymptotic behavior is independent of the sample area. We also show that the value of the first nucleation field is approximately the same independently of the form of the circular sector. Furthermore, we study the nucleation of giant and multivortex states for the different shapes of the present geometry.