Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem: https://hdl.handle.net/20.500.12104/112752
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dc.contributor.authorDíaz Vélez Berghouse, Juan Carlos
dc.date.accessioned2026-04-13T20:04:00Z-
dc.date.available2026-04-13T20:04:00Z-
dc.date.issued2018-01-08
dc.identifier.urihttps://wdg.biblio.udg.mx
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.12104/112752-
dc.description.abstractLas observaciones sobre la anisotropı́a sideral en la distribución de la dirección de arribo de los rayos cósmicos galácticos anteriormente publicadas por observatorios en forma individual están restringidas por la cobertura limitada del cielo. Como resultado, el espectro de potencia de la anisotropı́a obtenida a partir de dichas mediciones muestra una correlación sistemática entre diferentes modos multipolares C . En esta tesis describimos los métodos utilizados para combinar los datos de IceCube y HAWC, abordamos los errores sistemáticos de cada detector en forma individual y estudiamos la región de campo de visión superpuesto entre los dos observatorios. Presentamos también un nuevo método de procesamiento de señales basado en la máxima verosimilitud que se ajusta simultánea- mente a las anisotropı́as de los rayos cósmicos y la aceptación del detector. Este método proporciona una reconstrucción de anisotropı́a óptima y la recuperación de la anisotropı́a dipolo para observatorios de rayos cósmicos en tierra ubicados en las latitudes medias. Los resultados del análisis de anisotropı́a conjunta incluyen un mapa celeste combinado y un espectro de potencia angular para todo el cielo en el rango de energı́a superpuesto de los dos experimentos a alrededor de 10 TeV en todas las escalas angulares utilizando datos de rayos cósmicos recopilados durante 2 años de funcionamiento del Observatorio de rayos gamma HAWC (ubicado a 19◦ N) y datos recolectados durante 5 años de operación del Observatorio de neutrinos IceCube (ubicado a 90◦ S). Finalmente hacemos un resumen de las teorı́as sobre éste fenómeno y la interpretación de los resultados de nuestro análisis.
dc.description.tableofcontentsÍndice general Índice de cuadros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xii Índice de figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii 1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2. Rayos Cósmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1. Mecanismos de aceleración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.1. Aceleración de Fermi de segundo orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.2. Aceleración Fermi de primer orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2. Fuentes de rayos cósmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.3. Propagación de los rayos cósmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3. Detección y medición de rayos cósmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.1. Principio de detección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2. Detectores de rayos cósmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.1. La propagación de leptones con carga eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.2. Radiación Cherenkov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4. El observatorio IceCube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.1. Fotomultiplicadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 vii 4.2. Módulos ópticos digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5. El observatorio HAWC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.1. Fotomultiplicadores de HAWC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 5.2. Sistema de adquisición de datos (DAQ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.3. Tanques estabilizadores (outrrigers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6. Métodos de reconstrucción de sucesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.1. IceCube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.1.1. Reconstrucción de dirección de arribo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.1.2. Estimación de la energı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 6.2. HAWC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 6.2.1. Localización del núcleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 6.2.2. Reconstrucción de dirección de arribo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 6.2.3. Estimación de la energı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 6.2.4. Identificación de chubascos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 6.3. Codificación de datos en IceCube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 6.4. El Software DST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 7. Sistema de coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 7.1. Coordenadas locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 7.2. Marco celeste ecuatorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 7.3. Marco solar de coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 7.4. Marcos de tiempos no-fı́sicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 7.5. Pixelización y visualización de mapas celestes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 viii 8. Simulaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 8.1. Simulación de cascadas atmosféricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 8.2. Propagación de fotones en IceCube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 8.3. Simulación de IceCube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 8.4. HAWCSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 9. Metodologı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 9.1. Intensidad relativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 9.2. Estimación de fondo y mapas de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 9.2.1. Integración directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 9.2.2. Método de aleatorización del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 9.3. Análisis de armónicos esféricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 9.4. Sustracción de los momentos dipolar, cuadrupolar y octopolar . . . . . . . . . . 86 10. Método iterativo de máxima verosimilitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 10.1. Método iterativo de máxima verosimilitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 10.1.1. Invariancia bajo escalamiento de declinación . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 10.2. Simulación y Rendimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 10.3. Comparación con otros métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 10.4. Análisis armónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 10.5. Anisotropı́a de gran escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 10.6. Significancia estadı́stica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 10.7. Generalización del método para multiples sectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 11. Selección de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 11.1. Selección de datos de HAWC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 ix 11.2. Selección de datos de IceCube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 11.3. Conjunto de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 12. Efectos sistemáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 12.1. Contaminación del dipolo solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 12.2. Variaciones locales en tiempo solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 12.2.1. Variaciones atmosféricas en IceCube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 12.3. Componente vertical de la anisotropı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 12.4. Cobertura parcial del cielo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 12.5. Contaminación de rayos-γ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 12.6. Comparación de datos en la región de traslape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 13. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 13.1. Integración directa y aleatorización de tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 13.2. Aplicación del método de máxima verosimilitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 13.3. Análisis armónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 13.4. Ajuste multipolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 13.5. Anisotropı́a de pequeña escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 14. Interpretaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 14.1. Difusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 14.2. Interpretaciones de la anisotropı́a de pequeña escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 14.3. Efectos de propagación en campos magnéticos turbulentos . . . . . . . . . . . . . 159 14.4. La heliósfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 14.5. Efecto Compton–Getting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 14.6. Transporte no difusivo de rayos cósmicos galácticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 x 14.7. Modelos exóticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 14.8. Resultados del análisis en el contexto de los modelos téoricos . . . . . . . . . . . 166 15. Conclusiones y Discusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 15.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 15.2. Discusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Bibliografı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 A. Codificación de datos DST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 A.1. Módulos de IceTray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 A.2. Encabezado I3DSTHeader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 A.3. Formato I3DST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 A.4. Información de la etiqueta del disparador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 B. Algoritmo de máxima verosimilitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 xi
dc.formatapplication/PDF
dc.language.isospa
dc.publisherBiblioteca Digital wdg.biblio
dc.publisherUniversidad de Guadalajara
dc.rights.urihttps://www.riudg.udg.mx/info/politicas.jsp
dc.subjectAnisotropia De Rayos Cosmicos
dc.subjectRayos Cosmicos Galacticos
dc.subject10 Tev
dc.subjectIcecube
dc.subjectHawc
dc.subjectCobertura Total Del Cielo
dc.subjectEspectro De Potencia Angular
dc.subjectMaxima Verosimilitud
dc.subjectAnalisis Multipolar
dc.subjectDireccion De Arribo
dc.titleANISOTROPÍA DE RAYOS CÓSMICOS A ENERGÍAS DE 10 TEV CON LOS DETECTORES ICECUBE Y HAWC
dc.typeTesis de Doctorado
dc.rights.holderUniversidad de Guadalajara
dc.rights.holderDíaz Vélez Berghouse, Juan Carlos
dc.coverageAMECA, JALISCO
dc.type.conacytdoctoralThesis
dc.degree.nameDOCTORADO EN CIENCIAS FISICO MATEMATICAS CON ORIENTACION EN PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES
dc.degree.departmentCUVALLES
dc.degree.grantorUniversidad de Guadalajara
dc.rights.accessopenAccess
dc.degree.creatorDOCTOR EN CIENCIAS FISICO MATEMATICAS CON ORIENTACION EN PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES
dc.contributor.directorDe La Fuente Acosta, Eduardo
dc.contributor.codirectorDesiati, Paolo
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