S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e - PowerPoint PPT Presentation

S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r A l e x a n d e r S c h u l z , K I T 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 H A P Wo r k s h o p T o p i c 2 E r l a n g e n , 2 1 – 2 3 / 0 9 / 2 0 1 6 ( P h o t o b y S . S a ffj )

T h e P i e r r e A u g e r O b s e r v a t o r y M e a s u r e me n t o f U H E C R s u s i n g a h y b r i d a p p r o a c h F D b u i l d i n g w i t h 5 F D b u i l d i n g s a n d ~ 1 7 0 0 S D WC D s S D w i t h H E A T u p g r a d e p r o t o t y p e 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 2

S t a n d a r d a i r s h o w e r r e c o n s t r u c t i o n  S t a n d a r d S D a i r s h o w e r r e c o n s t r u c t i o n : b a s e d o n a n e m p i r i c a l d e s c r i p t i o n o f t h e l a t e r a l d i s t r i b u t i o n 1 4 % ( U n g e r , 2 0 0 6 ) 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 3

E v e n t d i s c r i m i n a t i o n o f d i fg e r e n t e l e m e n t s S e p e r a t i o n o f d i fg e r e n t e l e m e n t s i n a p l a n e s p a n n e d b y X a n d R  m a x µ  E v e n t - b y - e v e n t p r o b a b i l i t i e s f o r a c e r t a i n p r i m a r y t y p e c a n b e c a l c u l a t e d  L a r g e o v e r l a p o f i n t e r m e d i a t e e l e m e n t s , b u t l i g h t a n d h e a v y c a n b e s e p e r a t e d P l o t s u s i n g Q G S J e t - 2 . 4 s i m u l a t i o n s ; r e f e r e n c e m o d e l : Q G S J e t - 2 . 3 p r o t o n   U n i v e r s a l i t y g i v e s u s a w a y t o g e t t h e i n f o r m a t i o n u s i n g o n l y t h e S D 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 4

T h e b a s i c i d e a o f s h o w e r u n i v e r s a l i t y  F l u c t u a t i o n s i n t h e s h o w e r d e v e l o p me n t a t U H E C R e n e r g i e s a r e s m a l l e n o u g h t o a c h i e v e a “ u n i v e r s a l ” s h o w e r d e s c r i p t i o n ( U n g e r , 2 0 0 6 ) N o r m a l i z e d w . r . t . t o t a l e n e r g y d e p o s i t 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 5

T h e p h y s i c s b e h i n d s h o w e r u n i v e r s a l i t y L o n g i t u d i n a l d e v e l o p me n t 1 9 P r o t o n @ E = 1 0 e V I n v i s i b l e t o o u r d e t e c t i o n ma i n e l e c t r o ma g n e t i c s h o w e r mu o n s mu o n d e c a y p r o d u c t s h a d r o n j e t p r o d u c t s 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 6

S c a l i n g w i t h t h e m u o n c o n t e n t 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 7

S h o w e r c o m p o n e n t s a t A u g e r o b s e r v a t i o n l e v e l ma i n e l e c t r o ma g n e t i c V s h o w e r e f E o 0 s 5 n > o i t s a e l i u g mu o n s r m i e s n e 9 . t 1 a - n S o O r i P , E n , o b 3 . r h a d r o n j e t 2 a mu o n d e c a y - c t , e J n p r o d u c t s p r o d u c t s o S t o G r Q p 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 8

S h o w e r d e v e l o p m e n t o f t h e s i g n a l s D i s t a n c e t o t h e s h o w e r m a x i m u m Δ X h a s m a i n i m p a c t o n t h e s i g n a l s i z e L o n g i t u d i n a l s h a p e s a r e d e s c r i b e d w i t h G a i s s e r - h i l l a s f u n c t i o n s 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 9

A d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f a i r s h o w e r s  M o d e l o f t h e l o n g i t u d i n a l a n d l a t e r a l T o t a l s i g n a l s ( L D F ) s i g n a l d e v e l o p m e n t  T o t a l s i g n a l : S u m o f t h e 4 s i g n a l c o m p o n e n t s S i g n a l a r r i v a l t i m e s  M o d e l o f p a r t i c l e a r r i v a l t i m e s f o r t h e f o u r c o m p o n e n t s  F i r s t p a r t i c l e a r r i v a l t i m e s : S p h e r i c a l s h o w e r f r o n t s ( o r i g i n d e p e n d s o n p a r t i c l e t y p e ) 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 1 0

A m o d e l o f s i g n a l a r r i v a l t i m e s  D e s c r i p t i o n o f a v e r a g e t i m e t r a c e s b y l o g - n o r m a l d i s t r i b u t i o n s ( m e a n m a n d w i d t h s )  Q G S J e t - 2 . 3 , E P O S - 1 . 9 s i m u l a t i o n s o f p r o t o n , c a r b o n , i r o n , e n e r g i e s 0 . 1 – 1 0 0 E e V mu o n s ma i n e l e c t r o ma g n e t i c s h o w e r s m 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 1 1

A v e r a g e t i m e d e l a y S i m i l a r d e p e n d e n c i e s o f t h e a v e r a g e t i m e d e l a y o f d i fg e r e n t p a r t i c l e c o m p o n e n t s o n t h e  d i s t a n c e t o t h e s h o w e r m a x i m u m ( w i d t h s e x h i b i t d i fg e r e n t b e h a v i o r s ) mu o n s ma i n e l e c t r o ma g n e t i c s h o w e r 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 1 2

A i r s h o w e r r e c o n s t r u c t i o n w i t h S D u n i v e r s a l i t y  M a k e u s e o f f u l l S D d a t a t o e x t r a c t ma s s i n f o r ma t i o n  U n b i a s e d r e c o n s t r u c t i o n o f t h e s h o w e r c o r e a n d a r r i v a l d i r e c t i o n  A s y m m e t r i e s i n t h e s h o w e r d e v e l o p m e n t n a t u r a l l y i n c l u d e d  A t e n e r g i e s > 1 0 E e V : u n b i a s e d r e c o n s t r u c t i o n o f t h e d e p t h o f s h o w e r m a x i m u m u s i n g o n l y S D i n f o r m a t i o n ! + R e l a t i v e m u o n n u m b e r 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 1 3

R e c o n s t r u c t i o n q u a l i t y R e s o l u t i o n i n X o n t h e o r d e r o f 2 0 g / c m² a c h i e v a b l e a t t h e h i g h e s t e n e r g i e s  m a x D e p e n d s o n p r i m a r y p a r t i c l e d u e t o ( m o s t l y ) s i z e o f m u o n c o n t e n t   U n b i a s e d e s t i m a t i o n o f t h e r e l a t i v e m u o n c o n t e n t 2 1 . 0 9 . 2 0 1 6 S h o w e r u n i v e r s a l i t y @ A u g e r – H A P Wo r k s h o p 1 4