Effect of Cerenkov polarization in the cosmic rays charge reconstruction: charge reconstruction with RICH/AMS-02 data

Bruno Eduardo da Cruz Santos

Key information

Authors:

Bruno Eduardo da Cruz Santos (Bruno Eduardo da Cruz Santos)

Supervisors:

Fernando José De Carvalho Barão (Fernando José De Carvalho Barão)

Published in

11/25/2013

Abstract

The RICH detector is part of the cosmic-ray Alpha Magnetic Spectometer (AMS) experiment that is installed in the International Space Station since May 2011. It is composed of a radiator material on the top of the detector and a matrix of pixelized photomultipliers coupled to light guides on the bottom. The light tightness of the detector is provided by surrounding conical mirror. A charged particle crossing the radiator will radiate a number of cerenkov photons proportional to the particle charge squared. The RICH detector is aiming to measure with very high accuracy both the velocity (roughly one per mil for singly charged particles) and the charge of particles up to the iron nuclei. The charge measurement accuracy depends strongly on systematic effects that grow with the element charge squared. In order to have a good nuclei identification up to iron, all factors contributing to evaluate the radiated signal have to be identified and taken into account. The Cherenkov electromagnetic radiation is of polarized nature. The photon path from radiation point to detection includes three interfaces: the radiator-air, the mirror-air and the ligh-guide. The transmission efficiency depends on the photon polarization. Therefore, the effect of the polarization has to evaluated for both radiator materials, aerogel and sodium fluoride and compared to the currently one implemented in the charge reconstruction algorithms developped by the LIP group. The correction has to be implemented in the charge reconstruction efficiency used on data reconstruction and its implication on the charge measurement accuracy will be evaluated with AMS nuclei reconstructed data. O detector RICH faz parte da experiência de raios cósmicos AMS que está instalada na ISS desde Maio de 2011. E, por sua vez, constituído por um material radiator no topo e uma de PMT pixelizados acoplados a guias de luz no fundo. O constrangimento da luz no detector resulta dum espelho cónico que o circunda. Uma partícula carregada que atravessa o radiator vai radiar um numero de fotões proporcional ao quadrado da carga. Por sua vez, um dos principais objectivos do detector RICH e medir com alta precisão a velocidade (sensivelmente 1/1000 por cada partícula carregada) e a carga das partículas até ao núcleos de ferro. A precisão na medição está fortemente correlacionada com os efeitos sistemáticos que crescem com o quadrado da carga. Portanto, de forma a obter uma boa identificação de carga até ao ferro, será necessário avaliar o sinal deixado pela partícula e identificar a mesma de acordo com a medida obtida. A radiação de Cherenkov é uma onda electromagnética naturalmente polarizada. Na sua propagação pelo detector, cada fotão de Cherenkov atravessa três interfaces antes de ser detectado: radiador/ar, espelho/ar e guias de luz. A eficiência de transmissão dependerá da polarização. Deste modo, o efeito da polarização tem de ser avaliado para ambos os tipos de radiator (NaF/aerogel) e comparar com o factor resultante da actual implementação do algoritmo de reconstrução de carga desenvolvido pelo grupo do LIP. Portanto, a correção será implementado nos dados da reconstrução e estudado a implicação na medição de carga com os dados reconstruídos de AMS.