Composición, intensidad y energía de la radiación primaria
Las líneas rojas indican la región (~1 TeV) correspondiente a los muones secundarios
(~20-100 GeV) que se usaron en L3+C para la determinación objeto de esta charla.
La sombra de la luna( y del sol )
En un artículo titulado: “Arrival Directions of Cosmic-Ray Air Showers from the Northern Sky” (Phys. Rev. 108 number2, 450 (1957) ), su autor, George W. Clark ,escribe un párrafo que originó una larga historia de investigación que ahora, medio siglo más tarde, sigue viva :
“Finally, the sun and the moon must cast a “shadow” in the flux of high-energy primary cosmic rays and observations of this shadow effect might give new information about the magnetic fields of these bodies.”
“… El sol y la luna deben arrojar una “sombra” en el flujo de rayos cósmicos primarios de alta energía y las observaciones de este efecto podrían dar nueva información acerca de los campos magnéticos de estos cuerpos.”
Visto de un modo simplista :
Pero hay que considerar:
1- Lo que se observa en la tierra
son secundarios. ( … m, e, g )
2- El campo magnético terrestre
(y solar) afecta primarios y
secundarios cargados en función
de su :
*Dirección
*Carga
*Momento
3- La CR observada es
aproximadamente isótropa y
observar una señal/fondo
significativa supone
grandes estadísticas.
Esto descarta los detectores espaciales
hasta el momento.
La primera observación positiva se realizó 33 años más tarde. (Colaboración CYGNUS,1991)
Las razones de esta larga espera fueron técnicas:
* Para evitar las complicaciones del campo magnético se debería :
1- O medir partículas neutras (gammas) ( pero los gammas primarios son raros y su
detección difícil)
(La luz reflejada por la luna es un ruido de fondo para los gammas. ARTEMIS)
2- O seleccionar CR de muy altas energías, que requieren “Extended Air Shower Arrays,
EAS” con umbrales elevados y recogida de altas estadísticas. ( desde 1991)
* En todo caso, se precisa una resolución angular experimental de al menos ~0.50, el diámetro
angular de la luna (y del sol). ( Sólo al comienzo de los 90´s se alcanzaron precisiones de ~10 )
Señal/Fondo ~ (res. ang.) -2
* A energías intermedias y con primarios cargados, se necesitan de modelos precisos del
campo magnético terrestre basados en medidas masivas.
( IGRF: International Geomagnetic Reference Field model )
Los detectores subterráneos de muones son especialente apropiados.
El m “recuerda” bien la dirección primaria y su poder de penetración permite elevar el
umbral de energía. Es el caso del experimento L3+C.
Origen de los muones atmosféricos
Fundamentalmente…
Desde los 90´s varios experimentos vieron la sombra de la luna:
Exp. Fechas Detector luna sol res. ang. Energies Profundidad
sd sd (grados) (eV)
CYGNUS 86-90 EAS, matriz de detectores de centelleo 4.9 4.9 0.75 1014 superficie
CASA 90-91 EAS 4.7 0.77 1012
TIBET 90-93 EAS , detectores de centelleo (FT) 5.8 0.54 1013 4300 m.a.s.l.
MACRO 89-99 Centelleo líquido y “streamer tubes” 6.5 4.6 0.90 1013 3700 m.w.e
SOUDAN2 89-98 Calorímetro de hierro y tubos de deriva 5.0 0.30 1013 2200 m.w.e.
MILAGRITO 97-98 Cerenkov Atmospheric Shower 10.0 >1.00 1012 superficie
L3+C 2004 Espectrómetro de muones 9.4 0.28 1012 69 m.w.e.
La observación de la “sombra” permite calibrar el detector :
– Resolución angular
– Dispersión en el direccionamiento y sistemáticos (“pointing error”)
… pero , ya en 1990 (Urban et al.Nucl. Phys. B14,(1990) 223),
(Colaboración ARTEMIS) proponen el uso de la sombra de la luna y su
desplazamiento por el campo magnético terrestre, como medio para determinar
la carga de los CR primarios.
Observación del déficit de densidad angular de sucesos en torno al centro de la luna o del sol. (a) , de la luna (b) La línea corresponde a un modelo sencillo de doble gausiana donde interviene la resolución angular como parámetro.
a) CYGNUS ang. res. ~0.75 0
b) SOUDAN2 ang. res. ~ 0.300
Los primarios negativos
se desvían hacia el Oeste ?
El déficit se presentará al Oeste
Los positivos, hacia el Este ?
Si existe, la antimateria en los
CR inducirá un déficit simétrico
hacia el Este.
La consecuencia:
El desplazamiento del centro
de la sombra indicará la carga
y eventualmente, la existencia
de antimateria en la radiación
primaria.
El sistema Tierra-Luna se usa como
un espectrómetro magnético y la
atmósfera como parte del detector
…pero es preciso que la observación sea sensible a la deflexión magnética !!
Efecto del campo geomagnético
TIBET observa la sombra de la luna
desplazada hacia el Oeste.
Más tarde se comentarán las técnicas
que permiten deducir estos resultados
de las medidas experimentales.
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