Performance of a shower front detector at high altitudes in the South American Andes

The Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) will be the first shower-front detector to observe a large portion of the southern sky. The project involves the construction of an array of detectors distributed over an area of approximately 300’000 m^2 in the South American Andes, which will detect air showers produced by gamma rays. However, the enormous amount of background signal caused by cosmic rays represents an obstacle to the measurements that must be taken into consideration. This thesis therefore aims to investigate the main differences between the gamma-ray signal and the disturbance signal, analyzing simulations of air showers generated by gamma rays and protons. The analysis is based on the study of particles ground distributions, and shows how the tracking of muons is of fundamental importance, in order to compare the density of these particles in the two cases and be able to distinguish the background. The importance of considering also other characteristic elements of the cascades is then shown, in order not to incur identification errors, and finally possible future developments to obtain a better signal selection are presented.

Il Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) sarà il primo shower-front detector ad osservare un’ampia porzione del cielo meridionale. Il progetto prevede la costruzione di un array di detector distribuiti su un’area di circa 300’000 m^2 in Sud America, nelle Ande, che rileveranno gli sciami atmosferici prodotti dai raggi gamma. L’enorme quantità di segnale di background causato dai raggi cosmici rappresenta però un ostacolo per le misurazioni che deve essere preso in considerazione. Questa tesi si propone quindi di investigare le differenze principali tra il segnale dei raggi gamma e quello di disturbo, analizzando simulazioni di sciami atmosferici generati da raggi gamma e protoni. L’analisi si basa sullo studio delle distribuzioni a terra delle particelle, e mostra come sia di fondamentale importanza il tracciamento dei muoni, per poter confrontare la densità di queste particelle nei due casi e riuscire a distinguere il background. Viene poi mostrata l’importanza di considerare anche altri elementi caratteristici delle cascate, per non incorrere in errori di identificazione, e infine vengono presentati dei possibili sviluppi futuri per ottenere una migliore selezione del segnale.