RAYOS CÓSMICOS. Las partículas más energéticas del Universo. Campus Científico de Verán 2011 Universidade de Santiago de Compostela
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- Elvira Rivero Gil
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1 RAYOS CÓSMICOS Las partículas más energéticas del Universo Campus Científico de Verán 2011 Universidade de Santiago de Compostela
2 Breve historia de la Radiación Cósmica 1912: Victor Hess mide la radiación en altura encontrando que aumenta con la altitud. Descubrimiento de los Rayos Cósmicos. Desde 1896: descubrimiento de la Radiactividad natural en elementos como el uranio y el radio (Becquerel, Pierre and Marie Curie). Comenzó una serie de experimentos de medida del nivel de radiación ionizante en muchos lugares. Se descubre un zoo de nuevas partículas que forman parte de los Rayos Cósmicos gracias a la cámara de niebla: - muon - pion - positron (primera antipartícula)
3 Partículas del espacio exterior protón Helio Hierro Los Rayos Cósmicos son núcleos ionizados (partículas relativistas con carga eléctrica). n (neutrino) g (fotón) Unos rayos cósmicos nos atraviesan cada hora!! Preguntas: Qué tipo de partículas son? Cuáles son sus energías? Dónde se originan?
4 Partículas del espacio exterior protón Helio Hierro n (neutrino) g (fotón) Otras partículas cuyo origen está asociado al de los rayos cósmicos La supernova de 1987 fue la primera oportunidad de detectar neutrinos procedentes de una fuente lejana.
5 De donde vienen?
6 depende de su energía
7
8 Supernova
9 Centaurus A
10 Unidades de energía Joule (Julio) kwh 1 m 1 kg = 9.8 J Mundo microscópico electron-volt (ev) ev = 1.6 x 10 J electrón 1 volt -
11 Energía de las partículas subatómicas Ioniz. átomo de hidróg.: 13.6 ev Rayos X: 1000 ev Rayos Gamma: 1 MeV Masa electrón: 0.5 MeV Masa proton: 938 MeV Large Hadron Collider: ev 20 Rayos Cósmicos: hasta 10 ev
12 Número de partículas por metro 2, seg, stereoradian, GeV Flujo de Rayos Cósmicos año -1 año -1 1 km -2 siglo -1 Energía cinética de una bola de béisbol a unos 100 km/h ( en una partícula subatómica!) Mil millones electrón-volt Mil millones de millones de millones
13 20 10 ev = 16 J Una energía MACROSCÓPICA concentrada en una partícula MICROSCÓPICA!!!
14 Como se observan?
15 También depende de su energía
16
17 Interacción de un protón en la atmósfera 20 Un proton de 10 ev genera una cascada de partículas extendidas en 100 km 2
18 Cascadas atmosféricas de partículas 1930: Pierre Auger y sus colaboradores encuentran coincidencias temporales de señales en detectores situados a cientos de metros entre sí. Concluyen que los rayos cósmicos crean cascadas atmosféricas de partículas.
19 La cascada de partículas es detectable en experimentos situados en la superficie terrestre que deben deducir las propiedades del RC primario. Proton 10 EeV 70deg
20 Observatorio Pierre Auger ~ 400 científicos y técnicos de 18 países Croacia
21 Observatorio Pierre Auger en Malargüe (Argentina)
22 Red de Superficie 1600 estaciones separadas 1.5 km cubren 3000 km 2 Observatorio completado en Junio de 2008 Detectores de Fluorescencia 4 edificios (6 telescopios) 24 Telescopios en total
23 Tamaño del observatorio ~ 3000 km 2 Material de divulgación:
24 Auger es un detector híbrido Telescopios de fluorescencia (FD) Detector de luz Cherenkov en agua (SD)
25 Observatorio Auger: edificio central Malargüe (Argentina)
26 Nave de montaje del Observatorio Auger
27
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32 maintenance and visitors
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37 37
38 En los tanques observamos la luz Cherenkov producida en el agua al paso de las partículas cargadas de la cascada a velocidad superluminal luz en refrigeración de reactor nuclear Onda de choque
39 1% de datos reales son públicos en : Cascada vista por el Detector de Superficie No / Fecha / Martes Oct 30 11:14: No. estaciones 18 Energía Ángulo cenital Ángulo azimutal Curvatura Coord. Este del punto de impacto Coord. Norte del punto de impacto 41.1 ± 1.4 EeV 54.5 ± 0.1 deg 20.9 ± 0.1 deg 19.0 ± 0.9 km ± 15 m ± 22 m
40 Simulación Cascada casi horizontal B E Zas Barcelona Junio
41 Con los telescopios observamos la luz UV emitida por el nitrógeno del aire al paso de la cascada
42
43 Example Hybrid Event Θ~ 30º, ~ 8 EeV
44 30 stereo eventos/mes (5 triples/mes)
45 Muchas preguntas por responder Qué son estas partículas tan energéticas? En qué sitios se aceleran? Proceden de partículas supermasivas originadas en el Big Bang? Cuál es la energía que pueden alcanzar? Qué respuestas pueden aportar a las grandes cuestiones de la Física de Partículas, Astrofísica y Astronomía?
46 Fin
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