Diapositiva 1 - departamento de física de partículas

RAYOS CÓSMICOS
Las partículas más
energéticas del Universo
Campus Científico de Verán 2011
Universidade de Santiago de Compostela
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) …
Partículas del espacio exterior
protón
Helio
Hierro
Los Rayos Cósmicos
son núcleos ionizados
(partículas relativistas
con carga eléctrica).
n (neutrino)
g (fotón)
Preguntas:
Unos
100.000 rayos cósmicos nos atraviesan cada hora!!
¿Qué tipo de partículas son?
¿Cuáles son sus energías?
¿Dónde se originan?
Partículas del espacio exterior
protón
Helio
Hierro
Otras partículas cuyo
n (neutrino) origen está asociado al
de los rayos cósmicos
g (fotón)
La supernova de 1987 fue la primera
oportunidad de detectar neutrinos
procedentes de una fuente lejana.
¿ De donde vienen ?
depende de su energía
Supernova
Centaurus A
Unidades de energía
1 kg
Joule (Julio)
kWh
= 9.8 J
1m
Mundo microscópico
_
+
+
+
electron-volt
(eV)+
_
_
+
electrón
_
1 volt
-19
1 eV = 1.6 x 10
J
-
Energía de las partículas subatómicas
Ioniz. átomo de hidróg.:
Rayos X:
13.6 eV
1000 eV
Rayos Gamma:
1 MeV
Masa electrón: 0.5 MeV
Masa proton: 938 MeV
Large Hadron Collider:
Rayos Cósmicos:
17
10 eV
hasta 1020 eV
Número de partículas por metro2, 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!)


electrón-volt
Mil millones
Mil millones de
millones de millones
10
20
eV = 16 J
Una energía MACROSCÓPICA
concentrada en una partícula
MICROSCÓPICA!!!
¿Como se observan?
También
depende de su energía
Interacción de un protón
en la atmósfera
Un proton de 10 20 eV genera una cascada
de 10 11 partículas extendidas en 100 km2
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.
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
Observatorio
Pierre Auger
~ 400 científicos y técnicos de 18 países
Croacia
Observatorio Pierre
Auger en Malargüe
(Argentina)
Red de Superficie
1600 estaciones
separadas 1.5 km
cubren 3000 km2
Detectores de Fluorescencia
4 edificios (6 telescopios)
24 Telescopios en total
Observatorio completado en Junio de 2008
Tamaño del observatorio ~ 3000 km2
Material de divulgación: http://visitantes.auger.org.ar
Auger es un detector híbrido
Telescopios de fluorescencia (FD)
Detector de luz Cherenkov en agua (SD)
Observatorio Auger: edificio central
Malargüe (Argentina)
Nave de montaje del Observatorio Auger
maintenance and visitors
37
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
1% de datos reales son públicos en : http://auger.colostate.edu/ED/
Cascada vista por el Detector de Superficie
No / Fecha
No. estaciones
4128900 / Martes Oct 30 11:14:14 2007
18
Energía
41.1 ± 1.4 EeV
Ángulo cenital
54.5 ± 0.1 deg
Ángulo azimutal
20.9 ± 0.1 deg
Curvatura
19.0 ± 0.9 km
Coord. Este del punto de
impacto
Coord. Norte del punto de
impacto
479789 ± 15 m
6073404 ± 22 m
Cascada casi horizontal
Simulación
B
E Zas
Barcelona Junio 2006
40
Con los telescopios observamos la luz UV emitida
por el nitrógeno del aire al paso de la cascada
Example Hybrid Event
Θ~ 30º, ~ 8 EeV
30 stereo eventos/mes (5 triples/mes)
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?
Fin