Diseño, mejora y caracterización del front-end con fotomultiplicadores de silicio para los detectores de AMIGA del Observatorio Pierre Auger

Abstract

AMIGA (Auger Muons and Infill for the Ground Array) es una mejora del Observatorio Pierre Auger con el objetivo de complementar el estudio de los rayos cósmicos de ultra alta energía (UHECR) mediante la medición del contenido muónico de las cascadas atmosféricas extensas (EAS). Éste consiste en un arreglo de 61 detectores de agua de efecto Cherenkov ubicado en un espacio más denso en combinación con detectores de centelleo enterrados bajo tierra utilizados para la medición de densidad de muones. Cada detector esta compuesto por tres módulos centelladores, con un área de detección de 10 m2 por módulo, enterrados a 2.3 m de profundidad, resultando un área total de detección de 30 m2. Fotomultiplicadores de silicio (SiPM) miden la cantidad de luz de centelleo generada por las partículas cargadas que atraviesan los módulos. En este trabajo, el diseño de la electrónica del front-end para procesar las señales de esos SiPMs, y los resultados de pruebas realizadas en el laboratorio como también en el sitio del Observatorio Pierre Auger son descriptos. Comparado con el diseño anterior, esta nueva electrónica muestra un mayor rendimiento, una mayor eficiencia y un menor consumo de potencia, e incluye además, un nuevo sistema de adquisición con un rango dinámico ampliado que permite realizar mediciones cercanas al núcleo de la lluvia. El nuevo sistema de adquisición esta basado en la medición de la carga total que la componente muónica de la lluvia cósmica genera en el detector.