Reconstruction of the Primary Energy Spectrum from Fluorescence Telescope Data of the Pierre Auger Observatory

Mit dem Pierre Auger Experiment wird zur Zeit das groste Luftschauerexperiment betrieben. Es befindet sich noch im Aufbau und die finale Konzeption sieht zwei Detektionsstandorte in den USA und Argentinien vor, um somit volle Himmelsabdeckung zu erlangen. Ziel des Experimentes ist es, die Energie, Art und Herkunft der ultrahoch-energetischen kosmische Strahlung mit zwei komplementare Nachweistechniken zu untersuchen. Die Detektoranordnung auf der Sudhemisphare besteht zur Zeit (Stand Jul. 2007) aus mehr als 1400 Wasser-Cherenkovdetektoren am Boden (870 g cm-2). Die Fertigstellung des 3000 km2 grosen Oberflachendetektorkomplexes ist fur Ende 2007 anvisiert mit einer finalen Konfiguration von mehr als 1600 ausgebrachten Tanks. Die Atmosphare daruber kann mit 24 Fluoreszenz-Teleskopen beobachtet werden, die sich in vier Gebauden am Rand des Oberflachenkomplexes befinden. In klaren mondlosen Nachten ist es mit dieser Anordnung moglich hybride Messungen von longitudinaler Schauerentwicklung und lateraler Teilchen-Dichteverteilung eines Schauers am Boden durchzufuhren. Seit Februar 2007 sind alle Fluoreszenzteleskope in Betrieb. Ziel dieser Arbeit ist, das Energiespektrum der kosmischen Strahlen im Bereich von einigen 1017 eV bis hin zu 1020 eV zu rekonstruieren. Dies erlaubt einen Uberlapp mit spektralen Resultaten anderer Experimente zu niedrigen Energien hin. Die Hybriddetektion liefert eine sehr genaue Geometrierekonstruktion und dadurch bedingt, eine gute Energieauflosung. Die Energieschwelle ist jedoch durch den Bodenkomplex auf >1018 eV limitiert. Der Vorteil von monokularen Fluoreszenzdetektor Ereignissen (FD-mono) liegt darin, dass die Energieschwelle niedriger ist und im interessanten Bereich von 1017 eV liegt. Zusatzlich ist die momentane Statistik an FD-mono Ereignissen etwa anderthalb mal groser als von Hybridereignissen. Die Energieauflosung der FD-mono Ereignisse ist schlechter im Vergleich zu Hybridereignissen und die Detektorakzeptanz ist stark energieabhangig. Deshalb ist es fur die Bestimmung des Energiespektrums notig, Entfaltungsprozeduren anzuwenden, die sowohl die Effekte der limitierten Akzeptanz als auch der limitierten Auflosung berucksichtigen. Fur diese Analyse wurden die FD-mono Ereignisse rekonstruiert. Das Rekonstruktionsverhalten wurde validiert und die Genauigkeit der Simulation durch Daten-MC Vergleiche in charakteristischen Observablen quantifiziert. Die Qualitat verschiedener Entfaltungsansatze wurde verglichen und der Gold-Algorithmus ausgewahlt. Zur finalen Entfaltung wurde ein besonderes MC-Sample mit Hilfe der Methode des importance samplings produziert. Die Unsicherheiten des finalen entfalteten Energiespektrums wurden mit Hilfe einer frequentistischen Betrachtungsweise abgeschatzt. Die absolute Energieskala des rekonstruierten Energiespektrums stimmt mit dem Kascade Grande Experiment bei 1017.5 eV innerhalb von 5% uberein. Unterhalb von 1019 eV ist die Ubereinstimmung mit dem HiRes Experiment innerhalb von 7%. Eine Knochelstruktur im Spektrum der kosmischen Strahlung wird bei 1018.5 eV beobachtet. Die Ergebnisse werden diskutiert.