Estudo da interação de raios cósmicos com a antena gravitacional Mario Schenberg

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Luiz Augusto Stuani Pereira
• Orientador(a): Odylio Denys de Aguiar, Anderson Campos Fauth
• Banca de defesa: Carlos Enrique Navia Ojeda, Rubens de Melo Marinho Júnior
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Astrofísica
• País: BR
• Resumo em Inglês: This research project addresses the study of cosmic ray flux in São Paulo city and the effects of this radiation on the Mario Schenberg gravitational antenna. To study those effects it was held a Monte Carlo simulation of the passage of cosmic radiation through the building and the gravitational wave detector using the CERN Geant4 package. Thus it was obtained the energy deposited by the cosmic ray particles in each point inside the sphere. With those results it was calculated the energy deposited in the resonant sphere normal modes using the multipoint thermoacoustic model, which uses a heat diffusion equation for a spherical solid and heat point sources. Thus we determined the expected event rate due to protons e muons in the gravitational wave detection modes, nl=10 e nl=12, of the Mario Schenberg antenna for $T_{noise}$ = $10^{-5}$, $10^{-6}$ e $10^{-7}$ K. With the obtained results, we can conclude the nl=10 mo de is more sensitized by the cosmic ray interaction with gravitational antenna than the nl=12 mode. This is due to two factors: i) the used angular distribution, which for being a focused distribution near the central region of the detector, most of the particles interact much more with the centre of the sphere than its boundaries and ii) the nl=10 mode is more sensitive to particles interacting with thecentral region of the detector than the nl=12 mode. Moreover, increasing the detection sesibility of gravitational waves as we get closer the quantum limit, the frequency of cosmic ray events sensitized by the gravitationalwave detector increases. To study the answer of the cosmic ray veto set up near the gravitational antenna, it was made a Geant4 simulation of the interaction of single muons with the veto and compared the results taken with the experimental data. This study allows better knowledge of the noise generated by cosmic rays in the gravitational wave detector and how this signal can be used to calibrate the antenna response.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2014/01.31.16.39

Este projeto de pesquisa contempla o estudo do fluxo de raios cósmicos, prótons e múons, na cidade de São Paulo e os efeitos dessa radiação na antena gravitacional Mario Schenberg. Para estudar tais efeitos fez-se uma simulação de Monte Carla da passagem da radiação cósmica pelo prédio e pelo detector de ondas gravitacionais utilizando o pacote Geant4 do CERN. Assim, obteve-se a energia depositada pelas partículas cósmicas em cada ponto do interior da esfera. Com estes valores calculou-se a energia depositada nos modos normais de vibração da esfera ressonante utilizando o modelo termoacústico multiponto, que utiliza uma equação de difusão de calor para um sólido esférico e fontes pontuais de calor. Assim, obtivemos a taxa esperada de eventos devido à prótons e múons nos modos de detecção de ondas gravitacionais, nl=10 e nl=12, da antena Mario Schenberg para $T_{ruido}$ = $10^{-5}$, $10^{-6}$ e $10^{-7}$ K. Com os resultados obtidos, podemos observar que o modo nl=10 é mais sensibilizado pela interação dos raios cósmicos com a antena gravitacional do que o modo nl=12. Isto deve-se a dois fatores: i) a distribuição angular utilizada, que por ser uma distribuição facada próxima a região central do detector, faz com que a maioria das partículas interajam mais com o centro da esfera do que com suas extremidades e ii) o modo nl=10 é mais sensível a partículas que interajem com a região central do detector do que o modo nl=12. Além do mais, aumentando-se a sensibilidade de detecção das ondas gravitacionais, conforme nos aproximamos do limite quântico, aumenta-se a freqüência de eventos de raios cósmicos sensibilizados pelo detector de ondas gravitacionais. Para estudar a resposta do veto de raios cósmicos instalado junto a antena gravitacional, simulou-se via Geant4 a interação de múons isolados com o próprio veto e confrontando os resultados obtidos com os dados experimentais adquiridos, pudemos calibrar o espectro de múons simulado e verificar a validação da simulação. Este estudo permite um melhor conhecimento do ruído gerado pelos raios cósmicos no detector de ondas gravitacionais e como este sinal pode ser utilizado para calibrar a função resposta da antena.