Simulação de detectores Cherenkov de água para o estudo de chuveiros atmosféricos extensos
Abrangendo um grande espectro energético, um dos motivos da relevância dos raios cósmicos é devido às altas energias atingidas por estes fenômenos, caracterizando raios cósmicos de ultra-altas-energias, cujas fontes são objetos de investigação. Para sua detecção em solo, um dos instrumentos utilizados são os detectores Cherenkov de água, ou tanques Cherenkov, construídos para detectar as partículas secundárias provenientes dos chuveiros atmosféricos extensos causados pela incidência dos raios cósmicos na atmosfera terrestre.
Neste trabalho, apresenta-se a simulação, feita utilizando o software Geant4, de um detector Cherenkov de água baseado no arranjo de detectores presente na Universidade Federal do ABC, com descrição dos processos físicos e das propriedades pertinentes dos materiais e componentes do detector.
A partir da simulação do tanque, é possível obter os valores esperados da produção de fotoelétrons na fotomultiplicadora para partículas incidentes com energia, ângulo e posição de incidência escolhidos, bem como fazer a varredura de cada um dos parâmetros isoladamente. Foi feita uma análise do número de fótons esperados para múons e elétrons desde energias de dezenas de megaelétron-volts (MeV) até ordens de gigaelétron-volt (GeV). Com isso, observa-se as curvas de produção de fotoelétrons com o aumento da energia para ambas as partículas incidindo com mesmos ângulo e posição de incidência.
Com esses resultados é possível também analisar, para cada faixa de energia, a entrada de fótons esperada na fotomultiplicadora de cada tanque para cada partícula incidente. Fornecendo, assim, parâmetros para a calibração da simulação do arranjo, que pode ser combinada com a simulação de chuveiros via CORSIKA, e do sinal obtido pelo sistema de aquisição de dados.