Correlaciones entre el flujo de rayos cósmicos y la actividad sísmica

Propuesta para determinar las posibles
Correlaciones entre el flujo de rayos cósmicos
y la actividad sísmica sobre la superficie terrestre
que presentan
Humberto Salazar Ibarguen
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Gerardo Moreno López
Universidad de Guanajuato
Luis Manuel Villaseñor Cendejas
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
Resumen:
En vista de que recientemente se han reportado observaciones de una correlación entre la
precipitación de partículas atrapadas en los anillos de Van Allen y los terremotos, nos
proponemos buscar fenómenos no aleatorios asociados a los rayos cósmicos secundarios de
baja energía junto con variaciones del campo magnético local sobre la superficie terrestre.
Como hipótesis de trabajo suponemos que, en efecto, la actividad sísmica podría causar
pequeñas variaciones locales en el campo magnético terrestre, las cuales se reflejarían como
cambios en el flujo de rayos cósmicos secundarios. Dado que en la superficie terrestre los
rayos cósmicos se componen principalmente de muones, proponemos efectuar el monitoreo de
la parte baja del espectro por medio de sucesos relacionados con el decaimiento del muón
dentro del sistema detector. Nos concentraremos en el desarrollo, colocación, operación y
mantenimiento de un conjunto de estaciones detectoras de rayos cósmicos, aunado al
monitoreo permanente del campo magnético local por medio de sondas basadas en el efecto
Hall. Una característica distintiva de la presente propuesta es su potencial utilidad para
desarrollar la tecnología que nos permitiría alertar sobre la proximidad del sismo con unas
horas de anticipación. En caso de resultar positivas el tipo de correlaciones planteado,
propondríamos la disposición de una red de vigilancia del flujo de rayos cósmicos a escala
nacional que podría incluirse dentro del sistema de prevención de sismos en el futuro. El costo
del proyecto es de $1'800,000.00 (un millón y ochocientos mil pesos) y tiene una duración de
tres años.
Originalidad:
Hasta el momento no sabemos de algún estudio que investigue las posibles
correlaciones entre el flujo de muones de baja energía, a nivel del suelo, y las
variaciones en la medición del campo magnético local, junto con su asociación
a los fenómenos sísmicos. Este esquema nos ofrece una manera alterna para
determinar la validez o falsedad de las correlaciones reportadas por los
experimentos satelitales. En caso de arrojar resultados positivos tendremos a la
mano un instrumento que nos ayude a predecir el arribo de los terremotos.
Antecedentes:
•
El espectro primario de rayos cósmicos
La radiación cósmica incidente en la parte superior de la atmósfera terrestre
incluye todas las partículas cargadas estables y aquellos núcleos con vida
media del orden de 106 años o más [1]. Técnicamente, los rayos cósmicos
“primarios” son las partículas aceleradas en las fuentes astrofísicas, mientras
que los rayos cósmicos “secundarios” son las partículas producidas en la
interacción de los primarios con el gas interestelar o la materia que encuentren
a su paso. Así pues, los electrones, protones y helio, así como el carbono,
oxígeno, hierro, y otros núcleos sintetizados en las estrellas, son primarios.
Núcleos tales como el litio, berilio y boro (que no son productos finales
abundantes de la nucleosíntesis estelar) son secundarios. Los antiprotones y
los positrones son también en gran parte radiación secundaria. Aparte de las
partículas asociadas con las erupciones solares, la radiación cósmica proviene
del exterior del sistema solar. La entrada de partículas cargadas está
“modulada” por el viento solar (el plasma magnetizado en expansión que
genera el Sol) que desacelera y desvía los rayos cósmicos galácticos de baja
energía provenientes del interior del sistema solar. Hay una gran
anticorrelación entre la actividad solar (que tiene un ciclo once años) y la
intensidad de los rayos cósmicos con energías por debajo de alrededor de 10
GeV. Además, los rayos cósmicos de baja energía son afectados por el campo
geomagnético, al que deben penetrar para llegar a la parte superior de la
atmósfera. Por lo tanto, la intensidad de cualquier componente de la radiación
cósmica en el rango de algunos GeV depende tanto de la ubicación y del
tiempo. [2-8]
Se ha observado que el flujo de partículas cósmicas primarias es inversamente
proporcional al cuadrado de la energía. Y no obstante ello, se han catalogado
20
14
sucesos de 10 eV. Por encima de 10 eV, las partículas cósmicas primarias
son tan raras que su detección se base en la observación del gigantesco
chubasco atmosférico que producen y cuyas componentes pueden ser
registradas mediante una red de instrumentos ópticos o detectores de
partículas al nivel del suelo. [9]
•
Los rayos cósmicos en la atmósfera
La producción secundaria de rayos
cósmicos en la atmósfera depende de la
intensidad de nucleones incidentes, lo
cual
es
aproximadamente
independientemente de que el nucleón
incidente esté libre o se trate de protones
ligados a núcleos atómicos. La figura de
la izquierda muestra las componentes
principales del flujo vertical de los rayos
cósmicos en la atmósfera en el rango
energético en el que las partículas son
más numerosas (a excepción de electrones, que son los más numerosos, cerca
de su energía crítica, que es de aproximadamente 81 MeV en aire). Salvo en
el caso de protones y electrones en la parte superior de la atmósfera, todas las
partículas son producidas en las interacciones de los rayos cósmicos primarios
con el aire. Los muones y los neutrinos son productos de la descomposición
de los mesones cargados, mientras que los electrones y fotones se originan en
los decaimientos de los mesones neutros. La mayoría de las mediciones se
realizan a nivel del suelo o cerca de la parte superior de la atmósfera, aunque
también hay mediciones de electrones y muones realizadas con detectores
ubicados en aviones y globos. La figura anterior incluye algunas mediciones
recientes de muones negativos [10-12].
El flujo de rayos cósmicos a través de la atmósfera está descrito por un
conjunto de ecuaciones en cascada con condiciones de frontera en la parte
superior de la atmósfera para que coincida con el flujo primario. Se requieren
extensos cálculos numéricos o cálculos de simulación Monte Carlo para tener
en cuenta con precisión los procesos de decaimiento, pérdida de energía y la
dependencia energética de las secciones transversales de dispersión.
Afortunadamente, se cuenta con soluciones analíticas aproximadas que son
útiles en un limitado rango energético [12]. Por ejemplo, la intensidad vertical
de nucleones con energía E a una profundidad X (g cm-2) en la atmósfera viene
dada por
I N ( E , X ) ≈ I N ( E ,0 ) e − X / Λ ,
donde Λ es la longitud de atenuación de nucleones en el aire. La
correspondiente expresión para la intensidad vertical de piones cargados como
función de la energía es
( 115GeV ) I
I π ( E , X ) ≈ 0.079 X E
N
(E, X ) .
Esta expresión tiene un máximo en un espesor del orden de Λ ≈ 120 g cm-2 que
corresponde a una altitud de 15 kilómetros. La intensidad de piones a baja
energía es mucho menor que el de nucleones, porque la mayoría de ellos
habrán decaído en lugar de interactuar.
•
Los rayos cósmicos en la superficie terrestre
Los muones son las partículas cargadas más numerosas a nivel del mar (véase
la figura anterior). La mayoría de los muones se producen en la alta atmósfera
(normalmente 15 km) y pierden alrededor de 2 GeV en ionización antes de
llegar al suelo. La energía media de muones al nivel del mar es ≈ 4 GeV. El
espectro energético de los muones y su distribución angular son el reflejo de
una convolución entre el espectro de producción, la pérdida de energía en la
atmósfera y su decaimiento. Por ejemplo, los muones de 2.4 GeV que en el
vacío tienen una longitud de decaimiento de 15 km, ésta se reduce a 8,7 km
por la pérdida de energía al ionizar la atmósfera.
El espectro energético de los muones es casi plano por debajo de 1 GeV,
disminuyendo gradualmente para reflejar la forma del espectro primario en el
rango de 10 a 100 GeV; esta disminución se acentúa para energías superiores
a 115 GeV porque ese tipo de piones tienden a interactuar en la atmósfera
antes de decaer. Al nivel del mar, la intensidad de muones con energía superior
a 1 GeV es ≈ 70 m-2 s-1 sr-1, que los físicos experimentales identifican
comúnmente con la frase "un muón por centímetro cuadrado por minuto"
aplicada a detectores horizontales.
En general, la distribución angular de muones en la superficie terrestre es
cos 2 θ , característica de muones con energías ~3 GeV. Para energías
menores, la distribución angular se hace cada vez más aguda, mientras que a
mayor energía la distribución angular se aplana. A ángulos grandes casi no
aparecen muones de baja energía porque atraviesan grandes distancias sobre
el horizonte y decaen antes de llegar a la superficie. Esto tiene como
consecuencia que la energía promedio de esos muones se incremente. [13]
•
Los terremotos se reflejan en el espacio
Durante las últimas décadas se ha reportado en la literatura una posible
influencia de campos electromagnéticos, de origen sísmico, sobre la región de
transición entre la ionósfera y la magnetósfera [14]. Recientemente, algunos
experimentos en satélites observaron chorros anómalos de partículas cargadas
que se precipitan desde la parte baja del cinturón interior de radiación, lo que
se supone es causado por perturbaciones sismo-electromagnéticas de baja
frecuencia. Estas perturbaciones se muestran sobre una banda ancha del
espectro electromagnético, desde ~DC hasta algunos MHz, y se observan en el
espacio cercano a la Tierra, antes, durante y después de terremotos.
Algunas mediciones a nivel del suelo han mostrado suaves variaciones de los
campos eléctricos y magnéticos de origen telúrico, así como ciertos potenciales
presísmicos [15-16]. Estos últimos se generan cuando el agua salina se mueve
a través de roca porosa y encuentra cargas iónicas [17-18].
También han sido reportadas algunas observaciones satelitales de
perturbaciones ionosféricas y atmosféricas sobre regiones sísmicas, aunque
algunos autores recomiendan tomar los resultados con precaución. Por medio
de instrumentos a bordo de los satélites se ha medido el flujo de partículas
cargadas de alta energía dentro de la magnetósfera y se ha encontrado una
correlación, entre las variaciones de la intensidad de partículas y los
terremotos, la cual tiene una manifestación tanto espacial como temporal.
Estas variaciones se muestran como el repentino incremento en las tazas de
conteo de partículas cargadas con varias horas de anticipación a la fase activa
de los terremotos con magnitud superior a 4 en la escala de Richter. Una
posible explicación de esta correlación se remite a la interacción resonante de
la emisión electromagnética de baja frecuencia, producida por el sismo, con las
partículas cargadas atrapadas en los cinturones de radiación por encima del
epicentro. Algunos cálculos muestran que esta correlación arroja la posibilidad
de ubicar el epicentro de algún futuro temblor algunas horas antes de su inicio
con una precisión de hasta 100 Km en tiempo real [19-21].
Hipótesis:
Nuestra hipótesis de trabajo es que la actividad sísmica modifica localmente la
magnitud del campo magnético terrestre e influye en la medición local del flujo
de rayos cósmicos secundarios de baja energía, principalmente muones. Los
muones de baja energía son aquellos que, al atravesar unos 20 o 30
centímetros de material centellador, se detienen y dan lugar a su posterior
decaimiento en un electrón y dos neutrinos. Este decaimiento ocurre dentro de
una ventana temporal de decenas de microsegundos y es la huella típica que
nos permite catalogar el suceso como "un muón de baja energía".
Para someter a prueba esta hipótesis utilizaremos pequeños detectores de
centelleo que nos permitan llevar a cabo un conteo detallado de la ocurrencia
de estos sucesos como función del tiempo. A la vez, grabaremos el valor de
campo magnético que nos reporte el Gaussímetro para posteriormente realizar
los estudios de correlación con ayuda de la información sísmica que
proporciona el Servicio Sismológico Nacional.
Objetivos:
•
Objetivo General
1. Investigar las posibles correlaciones entre las mediciones del flujo de
muones de baja energía, a nivel del suelo, y las variaciones en la
medición del campo magnético local, junto con su asociación a los
fenómenos sísmicos.
•
Objetivos Específicos
1. Estudiar los diferentes programas de simulación Monte Carlo que
proveen información sobre la formación y arribo de los rayos
cósmicos secundarios a la superficie terrestre, como pueden ser
Aires, Corsika, Geant4, etc.
2. Realizar un estudio Monte Carlo para determinar la forma óptima que
debe tener el material centellador para incrementar la sensibilidad del
detector a muones de baja energía. Esto nos permitirá discriminar,
por ejemplo, entre un cubo, un prisma o un cilindro para el diseño del
detector.
3. Efectuar las compras del material y equipo requerido.
4. Comparar la respuesta a la luz de centelleo que tienen los tubos
fotomultiplicadores y los diodos de avalancha, en modo Geiger, para
determinar la mejor manera de leer la información del centellador.
5. Diseñar, construir, operar y mantener cinco estaciones de monitoreo
de rayos cósmicos, variables geomagnéticas y, de ser posible,
variables climáticas.
6. Diseñar, construir, operar y mantener el sistema autónomo para la
adquisición de datos en cada estación de monitoreo.
7. Diseñar y operar la base de datos que nos permitirá realizar los
estudios requeridos.
8. Desplegar el equipo experimental en cada estación de monitoreo.
Por el momento se considera instalar equipos en León, Puebla,
Morelia (por ser los centros de operación de esta propuesta). Con
ayuda de algunos de nuestros colegas que residen en Colima y la
Ciudad de México, también montaremos equipos en esas ciudades.
9. Realizar la toma de datos sin olvidar el constante mantenimiento de
las estaciones monitoras.
10. Mantener una alerta permanente sobre la información que despliegue
el Servicio Sismológico Nacional en su página web.
11. Analizar de manera crítica, desde diferentes perspectivas, los datos
recabados.
12. Reportar los resultados obtenidos. En esta parte no sólo nos
referimos a la publicación de artículos de investigación, los que
pueden ser dos o tres (1 sobre el detector, y 1 ó 2 sobre las
correlaciones), sino también a la presentación de los avances de la
investigación en congresos.
13. Generar un programa de divulgación a nivel preparatoria,
aprovechando las estancias de trabajo que los participantes
realizarán a las diferentes sedes.
Metas:
•
Metas Científicas
1. Determinar si existe o no una correlación entre la actividad sísmica y
el flujo de muones sobre la superficie terrestre.
2. Medir continuamente el flujo de rayos cósmicos de baja energía.
3. Medir continuamente el campo magnético de la Tierra.
4. Medir continuamente las condiciones atmosféricas.
5. Estimar via Monte Carlo la forma óptima del detector de muones.
6. Estimar via Monte Carlo la respuesta del detector.
7. Estimar via Monte Carlo las posibles fuentes de incertidumbre.
8. Estimar el ruido de fondo del detector.
•
Metas para la Formación de Recursos Humanos
1. Al menos se graduará un estudiante de doctorado del IFUG. El
Maestro en Ingeniería, Luis Jorge Arceo Miquel, tiene un rol
preponderante en muchas de las actividades asociadas al proyecto,
ya que participará en el diseño, construcción, operación y
mantenimiento del sistema de monitoreo, así como en el análisis de
los datos recabados.
2. Un estudiante de doctorado en física del IFM-UMSNH Hugo
Raymundo Márquez Falcón está haciendo su tesis en estudios de
anisotropía de rayos cósmicos de ultra alta energía con datos del
Experimento Auger. El dedicará una fracción de su tiempo para
cooperar en la puesta en marcha de los programas Monte Carlo. Se
propone su incorporación formal al tercer año de ejecución del
proyecto como investigador posdoctoral.
3. Por el momento se han involucrado a este proyecto tres estudiantes
del último semestre de licenciatura del IFUG, Joel Tavera, José
Antonio Hernández Valencia, y Leonel Alejandro Villanueva Ríos,
quienes realizarán su tesis en base a la temática descrita en los
objetivos específicos 1, 2 y 4, respectivamente. Ellos han
manifestado que posteriormente ingresarán al programa de maestría
del IFUG (en agosto 2009 ó enero 2010), por lo que podrían
permanecer adscritos a la presente propuesta hasta su conclusión.
4. Pretendemos incrementar el impacto educativo de esta propuesta
mediante la impartición de charlas de divulgación a nivel preparatoria,
aprovechando la movilidad que los participantes tendrán durante la
ejecución del proyecto. De este modo, la transferencia de información
se realizará de manera directa no solamente a través de la
participación de estudiantes graduados en el proyecto sino que
también a través del hecho de llevar información científica fidedigna
al nivel de los estudiantes preparatorianos, lo cual debiera no
solamente reforzar la formación de ellos sino también generar interés
para que elijan continuar sus estudios en carreras de alto nivel
tecnológico y científico que tanto necesita México.
5. Los profesores asociados al proyecto nos comprometemos a escribir
al menos un artículo de divulgación por año, en adición al trabajo
descrito en el punto anterior.
Metodología Científica:
Para lograr el objetivo general planteado, debemos contar con tres elementos
de información indispensables que son: por un lado, las mediciones continuas
del (1) flujo de muones baja energía y (2) las componentes del vector campo
magnético terrestre, y por otro, (3) la presencia y registro de actividad sísmica
cercana a la ubicación de los instrumentos que registran los elementos 1 y 2.
Como parte de esta investigación, nosotros proponemos el diseño,
construcción y calibración de los instrumentos capaces de registrar el flujo de
muones de baja energía. Para el registro del campo magnético terrestre
proponemos comprar equipo comercial de bajo costo, como los que ofrece la
compañía Vernier Software & Technology [22] que ya incluyen una interfase RS-232.
Para el registro de la actividad sísmica tomaremos la información que
proporciona el Servicio Sismológico Nacional [23] en su página web.
Una vez que se han obtenido los elementos de información requeridos, se hace
un muestreo estadístico de los datos para garantizar que, efectivamente,
existen variaciones abruptas (en el tiempo) de la razón de conteo de muones
de baja energía en concordancia temporal con variaciones del campo
geomagnético, para posteriormene verificar la presencia cercana (en el espacio
y el tiempo) de perturbaciones sísmicas reportadas por el Servicio Sismológico
Nacional.
• Descripción del detector de muones
Nuestra propia experiencia nos indica que la forma geométrica del detector
juega un papel de primera importancia en la optimización de su sensibilidad a
determinado tipo de radiación, que resalta aún más cuando el flujo incidente es
marcadamente anisotrópico. Para determinar la forma óptima emplearemos la
técnica Monte Carlo, mediante el uso extensivo del conocimiento que se tiene
sobre la generación y propagación de muones dentro de la atmósfera. Por otro
lado, mediciones anteriores que hemos realizado en diferente contexto [24],
nos permiten estimar la cantidad acumulada de muones de baja energía en el
transcurso de un determinado lapso temporal. Por ejemplo, un detector
cilíndrico de 700 cm2 de area y 30 cm de alto recibe alrededor de 1000 muones
por minuto, de los cuales menos del 1% corresponden a aquellos que decaen
dentro del detector. Si suponemos una taza de conteo de 1KHz y que se
requieren 200 bytes para almacenar la información por suceso (lugar, fecha,
hora, condición climática, valor del campo geomagnético y tiempo de vida del
muon), entonces necesitamos un poco más de 200 Gigabytes para almacenar
la información de dos años continuos de toma de datos.
La electrónica requerida para leer la información del centellador dependerá si la
luz se muestrea con fotomultiplicador o con fibra corredora de frecuencia
pegada a un fotodiodo de avalancha. En el primer caso se debe disponer de
fuentes de alto voltaje (3000V) mientras que solo se requieren cientos de volts
para excitar el fotodiodo. En ambos casos, las señales de los sensores son del
orden de decenas de milivolts en una ventana temporal de 20 a 30
nanosegundos, por lo cual se requiere de electrónica rapida de bajo ruido. Ya
que tenemos experiencia con este tipo de dispositivos, proponemos empezar el
diseño a partir de la electrónica utilizada en el Arreglo de Detectores de
Superficie de la BUAP. Con esto, sólo debemos dscriminar entre el uso de
fotomultiplidores o fotodiodos.
La electrónica de control y adquisición de datos ha sido diseñada por Luis
Villaseñor y se basa en un módulo principal de FPGA´s tipo Spartan,con
comunicación usb, la compañía Xilinx. Este módulo principal controla la tarjeta
digitalizadora de la señal de centelleo, la targeta del GPS (que proporciona la
ubicación y la hora exacta en relación al UTC), el Gaussmetro y la tarjeta del
clima. Por medio del puerto USB se realiza la transferencia de información a
la computadora de adquisición de datos, para lo cual proponemos una pequeña
netbook con conexión a internet, con la finalidad de transportar posteriormente
los datos al servidor principal.
Ya que pretendemos dotar al equipo de cierta autonomía, se construirán
alojamientos de aluminio adecuados que soporten las inclemencias del tiempo,
si fuera necesario.
Grupo de Trabajo:
•
Instituciones Participantes
1. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
2. Universidad de Guanajuato
3. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
•
Integrantes Profesores
1. Humberto Antonio Salazar Ibarguen
2. Gerardo Moreno López
3. Luis Manuel Villaseñor Cendejas
•
Integrantes Estudiantes
1. M. en I. Luis Jorge Arceo Miquel (doctorado)
2. M. en C. Hugo Raymundo Márquez Falcón (doctorado)
3. José Antonio Hernández Valencia (licenciatura)
4. Joel Tavera (licenciatura)
5. Leonel Alejandro Villanueva Ríos (licenciatura)
Infraestructura Disponible:
Las tres instituciones participantes cuentan con sendos laboratorios de
electrónica y detectores para el análisis de señales y adquisición de datos, a lo
que se agregan talleres mecánicos que sin duda facilitarán la construcción de
los detectores de centelleo propuestos y el armado de las estaciones de
monitoreo.
Las tres instituciones participantes también cuentan con la bibliografía
pertinente (aunque siempre es deseable mantenerse al día con la adquisición
de nuevos libros) y tienen conexiones de internet más o menos estables, lo que
nos proporciona una rápida y eficiente consulta informática.
Programa Anual de Actividades:
•
2009 Año del Diseño y la Construcción
1. El joven Joel Tavera se enfocará a estudiar los diferentes programas
de simulación Monte Carlo que proveen información sobre la
formación y arribo de los rayos cósmicos secundarios a la superficie
terrestre, como pueden ser Aires, Corsika, Geant4, etc. Su trabajo
será la base de su tesis de licenciatura que le permitirá graduarse en
el segundo semestre del año. Estará supervisado por el Profesor Luis
Villaseñor.
2. El joven José Antonio Hernández realizará un estudio Monte Carlo
para determinar la forma óptima que debe tener el material
centellador para incrementar la sensibilidad del detector a muones de
baja energía. Su trabajo será la base de su tesis de licenciatura que
le permitirá graduarse en el segundo semestre del año. Estará
supervisado por el Profesor Gerardo Moreno.
3. Gerardo Moreno solicitará al Departamento de Adquisiciones de la
Universidad de Guanajuato efectuar las compras del material y
equipo requerido. Asimismo, solicitará la colaboración y anuencia de
los profesores Arnulfo Zepeda (Cinvestav) y Alfredo Aranda
(U.Colima) para la instalación de monitores en sus respectivas
instituciones de origen.
4. El joven Leonel Villanueva realizará estudios para comparar la
respuesta a la luz de centelleo que tienen los tubos
fotomultiplicadores y los diodos de avalancha. Su trabajo la base de
su tesis de licenciatura que le permitirá graduarse en el segundo
semestre del año. Estará será supervisado por el Profesor Humberto
Salazar.
5. La participación del M. en C. Hugo Raymundo Márquez Falcón como
estudiante doctoral, bajo la asesoría del Profesor Luis Villaseñor,
será de tiempo parcial durante el inicio del proyecto. El Maestro
Márquez apoyará la puesta en marcha de los programas de
simulación y brindará asesoría sobre el comportamiento de los
muones en medios materiales.
6. La participación del M. en I. Luis Jorge Arceo como estudiante
doctoral, bajo la asesoría del Profesor Gerardo Moreno, se ramifica
en varias direcciones. Al inicio del proyecto será el responsable de
diseñar y construir el sistema autónomo de adquisición de datos.
Participará también en la construcción del sistema de detección e
iniciará estudios Monte Carlo para calibrar la respuesta de los
detectores a la presencia de muones de baja energía.
7. Los investigadores participantes dictarán charlas de divulgación, con
temas asociados a la propuesta, en algunas escuelas preparatorias
de las diferentes ciudades de origen.
8. Tanto los estudiantes como los profesores de esta propuesta tendrán
la oportunidad de presentar los resultados de sus estudios en los
congresos que en el transcurso del año organice la División de
Partículas y Campos de la SMF.
•
2010 Año de la Operación y el Mantenimiento
1. Los involucrados en esta propuesta instalarán las estaciones
monitoras en los lugares elegidos y las dejarán dispuestas para la
toma automatizada de datos.
2. Se envía a publicación un artículo con la descripción del sistema
monitor.
3. Se mantendrá un programa de alerta sobre el correcto
funcionamiento de las estaciones monitoras para que en su caso, se
tomen las medidas correctivas pertinentes.
4. Los investigadores participantes continuarán su programa de charlas
de divulgación, con temas asociados a la propuesta, en algunas
escuelas preparatorias de las diferentes ciudades donde se ubican
las estaciones de monitoreo.
5. El M. en I. Luis Jorge Arceo continúa su programa doctoral con
estudios Monte Carlo para calibrar la respuesta de los detectores a la
presencia de muones de baja energía. También empezará la
escritura de su tesis mientras realiza el análisis de los datos que se
vayan recabando.
6. En caso de que los estudiantes que concluyeron su licenciatura
permanezcan dentro esta colaboración, se enfocarán al estudio de
las variaciones geomagnéticas que se registren en las diferentes
ubicaciones de los equipos de monitoreo.
7. Tanto los estudiantes como los profesores de esta propuesta tendrán
la oportunidad de presentar los resultados de sus estudios en los
congresos que en el transcurso del año organice la División de
Partículas y Campos de la SMF.
•
2011 Año de la Operación, el Mantenimiento y el Análisis
1. Los involucrados en la propuesta continúan la toma automatizada de
datos, verificando el correcto funcionamiento de las estaciones
monitoras para que en su caso, se tomen las medidas correctivas
pertinentes.
2. Se une a la colaboración como Investigador Posdoctoral el joven Dr.
Hugo Raymundo Márquez Falcón quien participará en el análisis de
datos geomagnéticos.
3. Se analizan los datos para observar variaciones abruptas temporales
en las tazas de conteo de muones de baja energía y se busca una
posible correlación con variaciones en la magnitud del campo
geomagnético, así como en sucesos sísmicos reportados por el
Servicio Sismológico Nacional.
4. Se estudian alternativas para verificar la validez de los datos
obtenidos. El análisis respectivo se envía a publicación.
5. El M. en I. Luis Jorge Arceo concluye la escritura de su tesis doctoral,
misma que defenderá antes de que concluya el segundo semestre
del año.
6. Los investigadores participantes continuarán su programa de charlas
de divulgación, con temas asociados a la propuesta, en algunas
escuelas preparatorias de las diferentes ciudades donde se ubican
las estaciones de monitoreo.
7. Tanto los estudiantes como los profesores de esta propuesta tendrán
la oportunidad de presentar los resultados de sus estudios en los
congresos que en el transcurso del año organice la División de
Partículas y Campos de la SMF.
Presupuesto:
•
Gasto corriente
Gasto Corriente
Rubros
Montos Requeridos por Cuatrimestre
(en miles de pesos)
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9
Totales
Primer Año
Segundo Año
Tercer año
5
5
5
5
5
5
5
5
5
Justificación: pago de posters y posibles gastos de traslado.
Apoyo a la formacion de recursos humanos
60 30
Justificación: 3 becas de licenciatura por seis meses c/u: $5,000*3*6=$90,000.
Cuotas de inscripción
- 20 20
- 20 20
- 20 20
Justificación: $5000 por participante (8) para dos eventos anuales de la SMF.
Estancias académicas
15 15 15 15 15 15 15 15 15
Justificación: Pasajes y viáticos para visitas mutuas entre los participantes.
Estancias Posdoctorales
- 80 80 80
Justificación: salario de un postoc en el último año para realizar análisis de datos.
Gastos de trabajo de campo
- 60 10 10 10 10 10
45
Actividades de difusión
90
120
135
240
110
Justificación: visitas a la Cd de México y Colima para instalación y mantenimiento del equipo.
30
5
5
5
5
5
5
5
5
70
Justificación: compras de circuitos y partes electrónicas.
Pasajes
- 20 20
- 20 20
- 20 20
120
Justificación: $5000 por participante (8) para el traslado a dos eventos anuales de la SMF.
Publicaciones
- 20
20
Justificación: Gastos de publicación de artículos científicos en el último año.
Software
50
50
Justificación: compra del software VNC para acceso remoto via internet.
Viáticos
- 20 20
- 20 20
- 20 20
120
Materiales de uso directo
Justificación: $5000 por participante (8) para comida y hotel en dos eventos anuales de la SMF.
GRAN TOTAL
1120
•
Gasto de inversión
Gasto de Inversión
Rubros
1
Montos Requeridos por Cuatrimestre
(en miles de pesos)
2
3
4
5 6 7 8 9
Totales
Primer Año
Segundo Año
Tercer año
120 - 30 100 - - - - Justificación: al inicio del proyecto se solicita la compra de 8 laptops (a
un costo estimado de $12,750 c/u) y 3 netbooks (a un costo estimado de
$6,000 c/u), las laptops servirán para correr montecarlos y programas de
análisis, y las netbooks servirán para las presentaciones de divulgación.
Hacia el final del año se comprarán otras cinco netbooks que serán el
cerebro para la adquisición y distribución de datos de cada sistema
monitor. Al iniciar el segundo año se requerirá almacenar y poner en
línea la información del monitoreo, para lo que solicitamos la compra de
un servidor tipo PowerEdge a un costo estimado de $100,000.
Fuentes de alto voltaje
- - 50
- - - - - Justificación: se requieren fuentes de alto voltaje para el funcionamiento
de los fotomultiplicadores o diodos de avalancha.
Fuentes reguladas
- - 25
- - - - - Justificación: Se instalarán fuentes reguladas para proveer la energía
requerida que asegure el buen funcionamiento de la electrónica
Módulos GPS
- - 25
- - - - - Justificación: Los módulos GPS son esenciales para fechar el momento
preciso en que ocurren los sucesos del arribo de muones.
Tarjetas para programación VHDL
40 - - - - - Justificación: Estos elementos constituyen la base para el control de las
diferentes señales involucradas: centelladores, GPS, estado del clima.
Placa de aluminio
50 - - - - - Justificación: Será utilizada para construir el albergue de cada uno de los
sistemas de monitoreo.
Material centellador
140 - - - - - Justificación: Constituye la base del sistema detector dentro del proyecto.
Fotomultiplicadores
70 - - - - - Justificación: Constituye la base del sistema detector dentro del proyecto.
Fotodiodos y fibra corredora de frecuencia
30 - - - - - Justificación: Constituye la base del sistema detector dentro del proyecto.
250
GRAN TOTAL
680
Equipo de cómputo
50
25
25
40
50
140
70
30
Resultados Entregables:
•
•
•
•
•
•
Publicaciones
1. Estimamos publicar al menos tres artículos de investigación, los que
pueden ser uno sobre la caracterización del detector y 1 dos sobre
los estudios físicos de las correlaciones.
Graduados
1. Dos doctores en ciencias: Luis Jorge Arceo Miquel y Hugo
Raymundo Márquez Falcón.
2. Tres estudiantes de licenciatura: Joel Tavera, Leonel Villanueva y
José Antonio Hernández.
3. En caso de que los estudiantes anteriores continúen en el proyecto,
también tendremos tres graduados de maestría.
Artículos de divulgación
1. Cada uno de los investigadores nos comprometemos a escribir al
menos un artículo de divulgación por año, dando un mínimo total de
nueve.
Base de datos
1. Una vez que se haya realizado la adquisición de datos, los
pondremos a disposición de las personas interesadas a través de la
red internet por medio del portal del IFUG.
Presentaciones en congresos
1. Informaremos a la comunidad sobre el avance y resultados de
nuestras investigaciones dentro del marco de la "Reunión Anual de
Partículas y Campos" y la "Escuela o Taller Mexicano de Partículas y
Campos", que son eventos anuales organizados por la Division de
Partículas y Campos de la SMF. Pretendemos realizar al menos
cuatro presentaciones anuales (dos por evento).
Otros
1. Los cinco equipos de monitoreo podrán continuar dando el servicio
en donde hayan sido ubicados, siempre y cuando exista el
compromiso formal de darle mantenimiento por parte de quien lo
quiera alojar.
Referencias:
1.
2.
3.
4.
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6.
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8.
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S. Haino et al., Phys. Lett. B594, 35 (2004).
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9. The Auger Collaboration, The Pierre Auger Project Design Report,
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10. R. Bellotti et al., Phys. Rev. D53, 35 (1996).
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13. TK Gaisser, Cosmic Rays and Particle Physics, Cambridge University
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14. Aleksandrin, S.Yu. et al, Origin of highenergy charged particle bursts in
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the Earth and Planetary Interiors 57, 64–67 (1989).
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