Investigaciones de la composición de rayos cósmicos galácticos usando HAWC

Una región de energía de gran interés para el estudio de los rayos cósmicos es la que se encuentra justo debajo de 1 PeV. Esto debido, por una parte, a que en ella se pueden realizar mediciones tanto de experimentos directos como indirectos, lo que permitiría llevar a cabo comparaciones entre ambas técnicas de medición y, por la otra, a que sólo recientemente comienza a ser explorada con instrumentos precisos de medición y alta estadística. En este contexto, presentamos un primer estudio de la composición de los rayos cósmicos con energías de 10 TeV a 1 PeV utlizando datos de HAWC y con el que hemos podido separar los espectros de energía de esta radiación para los grupos de masa más ligeros (protones y núcleos de helio) y pesados. Los resultados muestran cortes en los espectros de cada grupo de masa y, además, una recuperación en los flujos de protones y helio después del corte,  a energías de 100 TeV.

Posible radiación gamma en MeVs por Energía Oscura en un Universo de Sitter

La evolución de un Universo de Sitter es la base tanto para el Universo acelerado como para el Universo estacionario tardío. Considerando que no es posible diseñar un experimento usando distancias luminosas o angulares para distinguir entre ambos casos, en este trabajo encontramos que para el Universo estacionario tardío debería existir una emisión constante de radiación por la energía oscura con un pico de señal alrededor de 29.5 MeV. Mostramos que esta radiación no puede estar constituida por rayos gamma estándar debido a la opacidad que esta generaría y por tanto, usando datos de EGRET y COMPTEL buscamos un exceso de rayos gamma secundario de posible física nueva, como ALP o fotones oscuros, provenientes de un posible proceso de decaimiento de la emisión de energía oscura. Nuestro estudio sugiere que los datos prefieren el escenario con señal que sin ella, lo que podría constituir la posible prueba irrefutable a un Universo estacionario tardío.

Interacción de protones de alta energía con campos magnéticos helicoidales de gran escala

Los campos magnéticos de gran escala y con topología helicoidal llamados “tubos de flujo magnético” (TFM) se presentan en muchos escenarios del universo, en particular son comúnmente observados en el medio interplanetario del sistema solar y su interacción con el campo magnético terrestre genera tormentas geomagnéticas que cuando son intensas pueden afectar en gran medida los sistemas tecnológicos humanos. Una de las manifestaciones menos estudiadas de la presencia de un TFM en el medio interplanetario es la presencia de flujos anisotrópicos de rayos cósmicos galácticos (RCG). Los RCG son núcleos de átomos (ligeros en su mayoría) que se aceleran a grandes energías (> 10 GeV) durante procesos explosivos pero que al interactuar con los campos magnéticos galácticos cambian su dirección continuamente, de tal forma que al llegar a la Tierra forman un flujo cuasi-estacionario e isotópico. En la Heliosfera interna los RCG son desviados por los TFM formando flujos anisotrópicos que pueden ser usados para advertir la presencia de TFM y la posible formación de tormentas geomagnéticas. En este trabajo, presentamos los resultados de simulaciones de la interacción del flujo de RCG con un TFM con las características típicas de ambos fenómenos cuando se observan a una distancia de una unidad astronómica del Sol. En particular analizamos las características de los flujos anisotrópicos de RCG formados durante la interacción.

Evento de partículas energéticas solares del 9 de enero de 2023

El 9 de enero de 2023 se presentó una fulguración X1.9, tipo limbo este en la atmósfera solar que emitió partículas energéticas solares (PES). Este evento es el primero del ciclo solar 25 y el flujo de partículas fue detectado por el telescopio de neutrones solares solares instalado en la cima de Sierra Negra (TNS-SN) a 4580 m s.n.m. En este trabajo se muestran los resultados de las simulaciones numéricas para calcular la atenuación-dispersión atmosférica y el espectro atribuido a este evento PES, utilizando GEANT4 y CORSIKA. Además, se muestra el análisis de los canales de deposición de energía que detectaron el evento y la distribución del flujo de partículas en los canales direccionales del TNS-SN . Los resultados muestran que el índice espectral para este evento fue de alrededor de 3 y que la energía de las PES no fue suficiente para ser detectadas en la CDMX.

Búsqueda de TeV Halos con modelo morfológico

En 2017, el observatorio HAWC descubrió un nuevo tipo de fuente de altas energías, los TeV halos. Son regiones extensas ($\sim 20 $ pc) alrededor de algunos pulsares de edad media. Su emisión de fotones es hasta energías de decenas de TeV. Esta emisión es debida a la lenta difusión de electrones y positrones arrancados de la superficie del pulsar, que escapan de la nebulosa del pulsar al medio interestelar e interactúan con el campo de radiación de la galaxia mediante dispersión de Compton inverso. En este trabajo se propone utilizar el software EDGE para modelar la difusión de electrones de los TeV halos, junto con un modelo analítico para calcular la emisión de rayos gamma del halo y su morfología. Este proyecto fue realizado gracias al apoyo del proyecto PAPIIT IG101323.

Estudios y aplicaciones de la radiación cósmica en el IFUNAM: ·Entre pirámides y la Estación Espacial Internacional

Nuestro grupo participa en el experimento AMS desde el inicio de su construcción, en 1999. Este aparato fue instalado en la Estación Espacial Internacional (ISS) en 2011. Desde entonces AMS ha detectado centenas de miles de millones de rayos cósmicos[1], desde electrones hasta núcleos de hierro, habiendo identificado preliminarmente algunos antinúcleos ligeros. Nuestro grupo ha aprovechado su membresía en la Colaboración ALICE, que opera en el LHC-CERN, para investigar la producción de esos antinúcleos en colisiones protón-protón. Tal mecanismo representa el principal fondo para la búsqueda de señales más exóticas, como la aniquilación de partículas de materia oscura. Hasta ahora, nuestro principal resultado en esta línea[2] de investigación es que la magnitud esperada de tal fondo, en que se han incluido efectos de transporte interestelar, resulta insuficiente para explicar las mencionadas observaciones preliminares de AMS. En cuanto a instrumentación, nuestro grupo se encuentra desarrollando detectores de centelleo para medir en un globo de gran altitud el flujo atmosférico secundario de antineutrones, vía la localización de vértices de aniquilación[3], así como una estimación sobre la fracción de antiprotones que se quedan atrapados en el campo geomagnético[4]. También estamos trabajando en la identificación y caracterización cinemática de antineutrones producidos en ALICE[5]. En cuanto a aplicaciones, nuestro grupo participa en la colaboración NAUM[6] que instalará un trazador de muones para explorar el interior de la pirámide El Castillo, en Chichén Itzá. Esta charla dará una visión global de estos proyectos. Se agradece el apoyo de DGAPA-UNAM y de CONHACYT: Proyecto Ciencia de Frontera 2042. [1] https://ams02.space [2] Diego Gómez Coral et al. en este Congreso. [3] José Reyes Castillo et al., ibid. [4] Jesús E. Fosado Jiménez et al., ibid. [5] Fabiola Lugo Porras et al. [6]www.symmetrymagazine.org/article/seeing-through-walls-and-breaking-down-barriers?langu

Simulación preliminar de los componentes activos del Telescopio Centellador de Rayos Cósmicos de Sierra Negra

El Telescopio Centellador de Rayos Cósmicos (SciCRT) es el detector más moderno del Observatorio de Rayos Cósmicos de Sierra Negra. Consiste en un arreglo de 14.848 barras de centelleo, apiladas ortogonalmente, que permiten estudiar la trayectoria y la deposición de energía de las partículas. Mientras que el objetivo principal del SciCRT es la observación de neutrones solares, también es capaz de detectar el fondo de rayos cósmicos galácticos; desde su instalación, se le han realizado modificaciones para optimizar su desempeño. De esta forma, en este trabajo, utilizamos Geant4 para simular la deposición de energía de neutrones, rayos $\gamma$, protones, electrones y muones, en un rango de energía de 100 a 1000 MeV,  sobre los componentes optimizados del SciCRT. Nuestros resultados brindan nueva información sobre la respuesta del SciCRT y son una herramienta para estudiar variaciones en la componente secundaria de los rayos cósmicos.

SWGO en 3D: construyendo modelos de tanques de luz Cherenkov en agua a bajo costo para la divulgación científica

El Observatorio de Amplio Campo de Rayos Gamma del Sur (SWGO por sus siglas en inglés) es un proyecto que tiene como objetivo la construcción de un observatorio de rayos gamma a nivel del suelo en Sudamérica (hemisferio sur), a una altitud de 4.4 km o más, basado en detectores de luz Cherenkov en agua. Los detectores de SWGO tendrán un área considerablemente mayor que la del actual observatorio HAWC (hemisferio norte) y una mayor sensibilidad. Sin embargo, la comprensión de cómo funcionan estos detectores puede resultar difícil para el público en general. Para abordar este problema, se está utilizando la tecnología de impresión 3D para crear modelos a escala de los tanques prototipo de luz Cherenkov en agua de SWGO a bajo costo, junto con modelos digitales para su divulgación a través de impresiones que se pueden tocar. Este enfoque permitirá a los investigadores involucrados en SWGO mostrar los principios fundamentales detrás de la detección de rayos gamma y hacer que la ciencia sea más accesible para un público amplio y diverso.

Simulación de un detector WCD con GEANT4 para estudiar la vida media de un muón

En este trabajo, se presenta la simulación de un detector de agua Cherenkov (WCD) utilizando GEANT4, con el objetivo de estudiar la vida media de un muón. El muón, una partícula subatómica cargada similar al electrón pero más masiva, tiene una vida media característica que es fundamental para comprender la física de partículas y fenómenos astrofísicos. El detector WCD es un dispositivo ampliamente utilizado para la detección de partículas cargadas de alta energía. Utilizando la capacidad de simulación precisa de GEANT4, se puede modelar la interacción de los muones con el detector y analizar su decaimiento a través de la técnica de detección Cherenkov. La simulación de un detector WCD con GEANT4 para estudiar la vida media de un muón brinda una herramienta precisa y flexible para investigar las propiedades y comportamiento de esta partícula subatómica. Al comprender mejor la vida media del muón, se pueden realizar contribuciones significativas a la física de partículas, cosmología y astrofísica, permitiendo un mayor entendimiento de los procesos fundamentales del universo.

Predicción de Xmax utilizando Quantum Machine Learning: Avances en la caracterización de las lluvias atmosféricas de rayos cósmicos

En este trabajo, se presenta el uso de Quantum Machine Learning (Aprendizaje Automático Cuántico) para predecir el parámetro Xmax en el estudio de las lluvias atmosféricas generadas por rayos cósmicos de alta energía. La Xmax es una medida crucial para comprender la evolución de estas lluvias y proporciona información sobre la energía y la composición. El Quantum Machine Learning combina las ventajas del aprendizaje automático con la capacidad de procesamiento y paralelismo inherentes a la computación cuántica. Este enfoque permite el análisis de grandes conjuntos de datos y el desarrollo de modelos predictivos más precisos y eficientes. En este trabajo, se utilizará un algoritmo cuántico específico para entrenar un modelo capaz de predecir el parámetro Xmax a partir de variables de entrada relacionadas con las características de las lluvias atmosféricas. Este modelo se entrenará y validará utilizando datos de simulaciones de Monte Carlo

Estudio del espectro de rayos cósmicos usando Open Data de Pierre Auger con Machine Learning

En este trabajo, se presenta un estudio del espectro de rayos cósmicos utilizando los datos abiertos (Open Data) proporcionados por el experimento Pierre Auger. Mediante el uso de técnicas de Machine Learning (Aprendizaje Automático), se busca analizar y caracterizar las partículas de alta energía que componen los rayos cósmicos. Estos modelos permitirán estimar el espectro de energía de los rayos cósmicos y caracterizar la distribución de las partículas en función de su energía y flujo. El uso de técnicas de Machine Learning en el análisis de los datos de Pierre Auger proporciona una metodología prometedora para comprender mejor las propiedades de los rayos cósmicos y sus implicaciones en la física de partículas y la astrofísica. Además, la disponibilidad de datos abiertos fomenta la colaboración y el avance científico en la comunidad investigadora

Módulo para detección y posicionamiento de rayos cósmicos

La detección y estudio de los rayos cósmicos data de 1912, mediante el uso de diferentes técnicas, con propósitos educativos y científicos. Para detectarlos, posicionarlos, y estudiarlos, hemos planeado, diseñado, construido y caracterizado un módulo de detección y posicionamiento a base tubos Geiger-Müller tipos J305, de 10 cm de longitud y 1 cm de diámetro. El módulo consiste de dos planos de detección construidos con 10 tubos cada uno, y puestos a 90° uno con respecto al otro. Presentamos los detalles técnicos de la planeación, diseño, construcción, caracterización, operación, y resultados físicos preliminares de este módulo de detección y posicionamiento de los rayos cósmicos.

Planeación, diseño, construcción, caracterización y operación de un mini detector de rayos cósmicos a base de un bloque de aluminio

Las técnicas de detección y el estudio de los rayos cósmicos, con diferentes materiales, geometrías y configuraciones, han evolucionado desde hace más de 100 años. Para propósitos de investigación y docencia, planeamos, diseñamos, construimos, caracterizamos, y usamos un detector de rayos cósmicos basado en un bloque cúbico de aluminio de 10 cm de arista, y dos vetos detectores de 10 cm x 10 cm x 0.6 cm a base de plásticos centelladores. Presentamos los detalles técnicos de la planeación, diseño, construcción, caracterización, operación, y resultados físicos preliminares de este detector de rayos cósmicos basado en un bloque cúbico de aluminio de 10 cm de arista.

Análisis de datos del Observatorio Pierre Auger usando el parámetro Xmax para determinar la composición

En este trabajo se realizó el análisis de la composición de lluvias de partículas generadas por la colisión de rayos cósmicos con la atmósfera terrestre. Los datos empleados fueron capturados por el Observatorio de rayos cósmicos Pierre Auger, por medio de sus detectores de fluorescencia. El parámetro principal empleado para estudiar la composición de estos eventos fue la medición de $X_{max}$, variable que indica la profindidad atmosférica en la que se produce una mayor cantidad de partículas secundarias. El análisis y reconstrucción de datos se llevó a cabo con la ayuda del software offline.

Prototipo de detector de partículas cósmicas

En el presente, presentamos las características de los componentes fundamentales de un detector de partículas de rayos cósmicos. La fuente de alto voltaje variable que alimenta al fotomultiplicador (PMT por sus siglas en ingles) que, mediante un divisor de voltaje, tiene la polarización adecuada en cada dinodo para que el PMT realice la multiplicación de electrones correspondientes, para que en la etapa final obtengamos una señal del orden de unas cuantas decenas de milivolts la cual será conectada y leída con un osciloscopio para la visualización en forma de señales continuas en el tiempo, sin embargo, las limitaciones del osciloscopio, dificultan el análisis continuo de todas las señales en un intervalo de tiempo, para solucionar esta limitante, utilizamos una tarjeta DAQ especializada comercial llamada Red Pitaya, la cual traduce y procesa las señales hacia un programa en Lab-View. Con esto es posible almacenar una gran cantidad de datos para su posterior análisis gracias a la velocidad de procesamiento de la tarjeta.

Efectos de Tormentas Eléctricas sobre los Rayos Cósmicos detectados por el Telescopio de Neutrones Solares de Sierra Negra

Se estudiaron, teórica y experimentalmente, los efectos de los campos eléctricos atmosféricos, generados por tormentas eléctricas, sobre los rayos cósmicos secundarios. En el ámbito experimental, se analizó la influencia de tormentas eléctricas ocurridas desde octubre de 2019 hasta marzo de 2020, sobre los rayos cósmicos detectados por el Telescopio de Neutrones Solares (TNS) en Sierra Negra, Puebla, localizado a 4580 msnm. Los canales S2, S3, y S4 del TNS fueron analizados durante las tormentas eléctricas del periodo establecido. Estos canales detectan partículas cargadas con niveles de deposición de energía de E>60, 90 y 120 MeV, respectivamente. Se encontraron variaciones significativas en la tasa de conteo de al menos un canal del TNS para 12 eventos analizados. Además, con base en la teoría general de Dorman y simulaciones realizadas con CORSIKA y EXPACS, se calcularon las variaciones de los rayos cósmicos secundarios atribuidas a tormentas eléctricas en Sierra Negra.

Análisis estadístico de datos recopilados a través de un detector de rayos cósmicos

Como parte principal para el análisis de datos que realizamos, utilizamos una tarjeta comercial DAQ (Data Acquisition System) especializada llamada Red Pitaya, la cual procesa las señales de un detector de rayos cósmicos mediante una interfaz de programación visual Lab-View. Gracias a la velocidad de procesamiento de la tarjeta, es posible almacenar una gran cantidad de datos para su posterior análisis (offline). Se recopila y procesa dicha información para así poder aplicar técnicas de reconstrucción de datos con ayuda de herramientas de aprendizaje automático, usando como medio de procesamiento el lenguaje de programación Python. El objetivo principal es encontrar patrones o tendencias en los datos procesados que proporcionen información sobre el comportamiento de estas partículas cósmicas, además de aportar conocimiento sobre su estimación del número de partículas por minuto a determinada altura sobre el nivel del mar, y la energía con que estas llegan a la superficie terrestre.

Observaciones de rayos gamma simultáneamente con el IACT compacto HAWC's Eye y el observatorio HAWC

J. Audehm, T. Bretz, G. Do, A. Irirarte, J. Martínez-Castro, F. Maslowzky, F. Rehbein, M. Schaufel, y I. Torres$\\$ $\\$ La implementación de técnicas de observación complementarias en astrofísica de muy altas energías tiene como objetivo mejorar la identificación de especies de partículas, así como la resolución angular y de energía en las partículas primarias, especialmente de los rayos gamma. Sin embargo, la mayoría de las propuestas a experimentales menudo se descartan debido a su alto costo de producción. En este trabajo, se presentan los resultados de un estudio sobre el desempeño de un prototipo compacto, ligero y de bajo costo llamado HAWC's Eye, que puede funcionar simultáneamente con el observatorio de rayos gamma HAWC. Se caracteriza la eficiencia de esta técnica conjunta, demostrando que HAWC's Eye se posiciona como un fuerte candidato complementario a observatorios de amplio campo de visión existentes, como HAWC, o futuros, como SWGO. Este proyecto se llevó a cabo gracias al apoyo del proyecto PAPIIT IG101323.

Medición de la Vida Media de Muones Cósmicos

Se describe el desarrollo de un experimento para la medición del tiempo de vida medio de los muones basado en electrónica programable de bajo costo y en herramientas modernas de software. Los muones son partículas subatómicas descubiertas en 1937 por Anderson y Neddermeyer, que se desintegran por la fuerza débil en dos modos y, cuando los muones negativos penetran los núcleos pueden ser capturados por los protones, dando lugar a que el promedio de vida de los muones positivos y negativos sea menor que 2.19 µs, su vida media en el vació. Este experimento se desarrolló en el Laboratorio VAL4 del Ecocampus perteneciente a la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. El detector consiste en un contenedor lleno de líquido centellador sellado contra fugas de luz y un fotomultiplicador ubicado en la tapa del contenedor. Para la adquisición de datos se hace uso de una tarjeta de desarrollo comercial de código abierto llamada RedPitaya STEMlab 125-14 controlada por una PC. La tarjeta RedPitaya se programó con Verilog para digitalizar el intervalo de tiempo entre dos pulsos consecutivos del fotomultiplicador. El primer pulso corresponde al muón que se frena en el interior del detector y el segundo al electrón consecuente del decaimiento. El uso de la tarjeta RedPitaya ofrece la ventaja de reducir los costos del proyecto y de aumentar su versatilidad. El software utilizado consiste en una mezcla de Python, HTML, Javascript y Node.js. Se presenta el análisis de los datos tomados y podemos concluir que este experimento es una herramienta efectiva para medir la vida media del muón de una manera pedagógicamente atractiva e innovadora con equipo de bajo costo que permite a los estudiantes adquirir experiencia con el uso de herramientas de hardware y software que les pueden permitir continuar sus carreras académicas en laboratorios de Física de Altas Energías y de Astropartículas de primer nivel internacional.

Actualización del estimador de energía de rayos cósmicos del observatorio HAWC utilizando técnicas de aprendizaje automático

HAWC es un observatorio terrestre instalado en las faldas del volcán Sierra Negra, Puebla, a 4,100 m s.n.m. Su principal objetivo es la detección de las cascadas atmosféricas extendidas producidas por rayos gamma, sin embargo, debido a la técnica de detección que emplea, es capaz de también registrar las cascadas producidas por rayos cósmicos. Una de las tareas cruciales es la estimación de las propiedades del evento detectado, como la energía de la partícula primaria. HAWC cuenta con estimadores de energía tanto de rayos gamma como de rayos cósmicos. En este trabajo se presenta una actualización en el estimador de energía de rayos cósmicos empleando técnicas de aprendizaje automático. Se muestran comparaciones de la energía verdadera con la estimada a partir de diversas redes neuronales entrenadas utilizando diferentes parámetros de entrada y configuraciones internas. Este proyecto fue realizado gracias al apoyo del proyecto PAPIIT IG101323.

Planeación, Diseño, Construcción, Caracterización y Operación de un detector de radiación cósmica a base de una barra de polimetacrilato de metilo

Desde el descubrimiento de los rayos cósmicos por V. Hess, en 1912, los físicos han ensayado diferentes materiales para construir detectores de rayos cósmicos. Para detectar y estudiar los rayos cósmicos, planeamos, diseñamos, construimos, caracterizamos y operamos un detector de rayos cósmicos a base de una barra de acrílico de $60\: cm$ de longitud y $10.16\: cm$ de diámetro, dos tubos fotomultiplicadores Electron tubes P30CW5, y dos vetos detectores. El acrílico tiene algunas ventajas como material detector con respecto a otros materiales comúnmente usados, como el agua: la densidad del acrílico es $1.18 g/cm^3$, el índice de refracción es $1.5$, es sólido, no requiere mantenimiento, y es transparente a la radiación visible. Reportamos detalles técnicos y resultados físicos preliminares de este detector de rayos cósmicos.

Estudio de la emisión a muy altas energías de M87 asociado a posibles contribuciones de ALPs o UHECRs

M87 es una radiogalaxia que ha sido detectada emitiendo radiación de rayos gamma a energías de TeV por observatorios como HAWC y H.E.S.S. Estos observatorios han reportado fotones con energías superiores a 10 TeV, a pesar de la atenuación del espectro causada por el Fondo de Luz Extragaláctico (EBL) a estas energías. La emisión de alta energía no puede ser explicada completamente por los modelos actuales de emisión y aceleración de partículas, lo que ha llevado a proponer diferentes escenarios para explicar este exceso. Una posible explicación es a través de la presencia de materia oscura, específicamente Partículas Tipo Axión (ALPs). La probabilidad de supervivencia de las ALPs está relacionada con su constante de acoplamiento y el campo magnético a través del cual se desplazan. Otra explicación plausible involucra la interacción foto-hadrónica entre los Rayos Cósmicos Ultra Energéticos (UHECRs) acelerados en la fuente y fotones del EBL en el medio intergaláctico. En este trabajo, se exploran escenarios en los cuales el exceso de emisión observada en M87 en decenas de TeV puede ser asociada a una población de ALPs, así como a interacciones foto-mesónicas en el medio intergaláctico. Este proyecto fue realizado gracias al apoyo del proyecto PAPIIT IG101323.

El Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO)

El Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) es el proyecto para un observatorio astrofísico de rayos gamma que será construido en América del Sur. La Colaboración SWGO involucra cerca de 250 científicos de 14 países miembros. SWGO será un observatorio astrofísico instalado a por lo menos 4,400 metros sobre el nivel de mar. El detector consistirá de miles de detectores unitarios que podrán estar desplegados en un arreglo de detectores unitarios o combinados en uno solo. Las unidades del detector podrán extenderse sobre una superficie o estar sumergidos en un lago. SWGO observará el cielo con rayos gamma de las más altas energías, permitiendo estudiar objetos cósmicos extremos como agujeros negros super masivos y remanentes de supernova, así como investigar la naturaleza de la materia oscura. En esta descripción general presentamos algunas de sus principales características, motivaciones científicas y estado del proyecto.

Mini Detector Esférico de Rayos Cósmicos

MINI DETECTOR ESFÉRICO DE RAYOS CÓSMICOS José A. Arredondo-Quintanilla, David Cabrera-Martínez, Diego González-Sandoval, J. Félix Laboratorio internacional de partículas elementales, Departamento de Física, División de Ciencias e Ingenierías, Campus León, Universidad de Guanajuato La detección y estudio de rayos cósmicos ha ido en auge en estos días, con la construcción de grandes observatorios en muchas partes del mundo, donde se usan diferentes materiales para la detección de rayos cósmicos. Para estudiar la eficiencia de detección de rayos cósmicos en diferentes materiales, hemos desarrollado un mini detector esférico de 15 cm de radio a base de acero inoxidable. Presentamos los detalles técnicos de la construcción de este detector y la eficiencia de detección de rayos cósmicos comparada de aire, agua, y jabón centellador.

Implementación de electrónica comercial para la lectura de detectores RPC

Los detectores RPC son detectores de partículas a base de la ionización de un gas que poseen una buena resolución temporal, y espacial, cualidades por las que son empleadas en sistema de trigger de experimentos de avanzada, con altas dosis de radiación. En este proyecto se muestra la implementación de electrónica comercial “Microcontroladores ESP” para la lectura de detectores RPC en ambientes de baja tasa de incidencia como lo es bajo rayos cósmicos

Implementación de electrónica comercial para la lectura de detectores RPC

Los detectores RPC son detectores de partículas a base de la ionización de un gas que poseen una buena resolución temporal, y espacial, cualidades por las que son empleadas en sistema de trigger de experimentos de avanzada, con altas dosis de radiación. En este proyecto se muestra la implementación de electrónica comercial “Microcontroladores ESP” para la lectura de detectores RPC en ambientes de baja tasa de incidencia como lo es bajo rayos cósmicos

Simulación de un Detector de Muones Cósmicos

Se presenta la simulación mediante GEANT4 de un detector de muones cósmicos. El detector consiste en un contenedor hermético, libre de fugas de luz, lleno ya sea de agua o de líquido centellador, acoplado a un tubo fotomultiplicador. Además, se simula la respuesta del detector ante electrones y positrones que resulta de la desintegración de muones cósmicos lentos que se frenan en el interior del detector. Durante la simulación, se ajusta en tiempo real una distribución exponencial con ruido del intervalo de tiempo entre la entrada de los muones y la salida de los electrones/positrones. Esto permite medir la vida media del muón en estas simulaciones. Posteriormente, se discute la relevancia de este tipo de experimentos simulados y cómo pueden ser utilizados en las aulas para motivar a los estudiantes a comprender a fondo varios procesos físicos involucrados en la interacción de partículas cargadas con la materia.

Medición de deuterios con el experimento AMS-02 y su importancia en la propagación de rayos cósmicos

Los deuterios son la especie secundaria de rayos cósmicos más abundante en la Galaxia, y la fracción de deuterio sobre helio-4 es una cantidad esencial, junto con la fracción de boro a carbono, para entender la propagación de rayos cósmicos en el medio interestelar y en la heliosfera. Sin embargo, no hay muchas medidas al respecto debido a las dificultades experimentales que representa diferenciarlos de los protones. Afortunadamente, este panorama a cambiado en los últimos años debido al desarrollo de nuevos experimentos de alta precisión en el espacio, en especial el detector AMS-02 que se encuentra en la Estación Espacial Internacional. En este trabajo se presentan los últimos resultados preliminares del flujo de deuterios y la fracción de deuterio a helio como función de la energía cinética medidos por el experimento AMS. Igualmente, se presentan las predicciones usando el modelo más actualizado de propagación de rayos cósmicos usando GALPROP y un modelo de modulación solar en 3D. Se discutirán las discrepancias significativas del modelo respecto a los datos y las posibles consecuencias sobre el modelo estándar de propagación. Se agradece apoyo CONACYT CF-2019/2042.

Desarrollo de un prototipo para detectar la posición de rayos cósmicos con alta precisión

La detección de antimateria en rayos cósmicos es importante en la búsqueda de nueva física, desde la asimetría entre materia y antimateria en el Universo hasta la naturaleza de la materia oscura. Recientemente experimentos en el espacio como PAMELA o AMS-02 y experimentos en globos estratosféricos como BESS o GAPS están llevando a cabo esta búsqueda, ya sea usando un campo magnético para separar antipartículas de partículas o reconstruyendo el vértice de aniquilación de las antipartículas. Cualquiera sea el método de detección, se requiere la reconstrucción precisa de las trayectorias de las partículas, ya sean aquellas desviadas por la influencia de un campo magnético o aquellas que resultan de los productos de una aniquilación. Una alternativa al sistema actual, que usa precisos pero costosos semiconductores de silicio, es el uso de fibras centelladoras junto con fotomultiplicadores de silicio. Esta configuración ha sido probada con éxito en aceleradores, alcanzando resoluciones espaciales del orden de micrómetros. En este trabajo se presentan los avances en el desarrollo de un prototipo que usa esta nueva tecnología, desde el diseño del detector hasta los resultados de las simulaciones y los retos para su construcción. El desarrollo de un detector de estas características merece ser estudiado ya que traería grandes ventajas en la siguiente generación de experimentos de rayos cósmicos en globos estratosféricos o satélites. Se agradece apoyo CONACYT CF-2019/2042.

Estimación de antiprotones atrapados en el campo magnético terrestre

Los antiprotones generados por del decaimiento de antineutrones albedo (reflejados) que son producidos por las interacciones de rayos cósmicos con la atmósfera, pueden quedar atrapados en las zonas internas del campo magnético terrestre, como la anomalía del atlántico sur. Estos antiprotones son importantes para entender los fenómenos locales de propagación de rayos cósmicos, así como una posible fuente de ruido en la detección de antiprotones galácticos y la búsqueda indirecta de antinúcleos provenientes de materia oscura. Además, el experimento AMS-02 que orbita la Tierra abordo de la Estación Espacial Internacional desde el 2011 tiene el potencial de detectar estos antiprotones con una precisión sin precedentes, lo que contribuiría sustancialmente al entendimiento de estos procesos locales. Motivados por las posibilidades que abren estas mediciones y la necesidad de un modelo preciso, en este trabajo se estudia la producción de antiprotones a través de antineutrones albedo usando GEANT4, se analiza su distribución geomagnética con la ayuda del programa PLANETOCOSMIC, y se discute la viabilidad de su detección por el experimento AMS. Se agradece apoyo CONACYT CF-2019/2042.

Estudiando GRBs para discriminar predicciones de una violación a la invariancia de Lorentz en rayos gamma

Los observatorios modernos nos han permitido avanzar en el estudio de la astrofísica de partículas, gracias a su alta precisión en las medidas y la posibilidad de estudiar un gran número de fuentes y eventos. Debido a estos avances, ahora es posible utilizar la astrofísica de partículas para probar física fundamental y determinar sus límites de validez dadas las muy altas energías y las grandes distancias involucradas. Algunos estudios recientes dedicados a la búsqueda de teorías de unificación, como las teorías de la gravedad cuántica, pueden motivar una violación de la invariancia de Lorentz (LIV) a escalas más allá de la escala de Planck. Uno de los canales de búsqueda más comunes en la literatura es el retardo en el tiempo de propagación de rayos gamma desde fuentes astrofísicas. Un reto actual para este tipo de búsquedas es la falta de consideraciones astrofísicas frente a los tiempos predichos por LIV. En este trabajo, caracterizamos un conjunto de fotones seleccionados de 14 GRBs reportados por Fermi y utilizados previamente en estudios de LIV, de modo que podamos extender y discriminar estudios de LIV con nuevas consideraciones astrofísicas.

Medición de las variaciones periódicas en el flujo de muones atmosféricos en la Ciudad de México

En este estudio, se analizaron varios días de datos para investigar la dinámica de la variación media diaria en el flujo de muones producidos en la atmósfera en el transcurso de una temporada. Los resultados reportados corresponden a medidas realizadas en 2023 en la Ciudad de México, en la ubicación con coordenadas geográficas 19.33oN 99.19oW, a una altura de 2268m sobre el nivel del mar y una rigidez geomagnética de 8.2GV. Para investigar los cambios del flujo en el transcurso del período de recolección, se utilizaron varias técnicas para identificar tendencias periódicas en los conjuntos de datos. Los espectros revelaron variaciones significativas de los ciclos diarios y el análisis de los datos revela tendencias estacionales en el flujo de muones.

Detección de muones y chubascos de partículas mediante la instrumentación de detectores de centello

En este trabajo se presenta un arreglo experimental que permite la detección de muones ó showers de partículas cósmicas. El experimento se basa en la utilización de dos detectores de centelleo, cada uno conectado a un tubo fotomultiplicador PMT, encargado de generar una señal eléctrica a través de fotones que se producen cuando el material centellador se ioniza debido al paso de partículas cósmicas secundarias. Estos detectores están conectados a un módulo NIM, donde se realiza un acoplamiento de señales mediante un primer módulo conocido como fan in fan out, las señales resultantes pasan por un segundo módulo denominado discriminador, encargado de detectar la presencia de señales a través de su amplitud, generando señales lógicas que son dirigidas a un tercer módulo llamado comparador lógico, el cual detecta la coincidencia de estas señales y mediante la instrumentación adecuada de los módulo mencionados, el resultado se visualiza en un osciloscopio. De esta manera, es posible determinar si la partícula registrada en ambos detectores corresponde a un chubasco de partículas ó a un muón. En el presente trabajo, se presenta la relevancia de implementar este tipo de experimentos en las aulas con el fin de generar interés en los estudiantes sobre la naturaleza de las partículas cósmicas.

Desempeño de detectores de rayos cósmicos de efecto Cherenkov con diferentes recubrimientos

La detección de rayos cósmicos utilizando el efecto Cherenkov producido por partículas cargadas en grandes contenedores de agua ultrapura ha mostrado ser una opción viable en observatorios como HAWC o LHASSO, además de ser considerados como la principal opción para futuros observatorios como SWGO. Es por esto que es importante optimizar las posibles geometrías o recubrimientos que estos tienen, ya que estos parámetros influyen la colección de luz y por ende en la forma del pulso eléctrico que los fotosensores producirán, lo que a su vez repercute fuertemente en la electrónica de adquisición de datos. En este trabajo presentamos un comparativo entre utilizar una superficie reflectora (Tyvek) y una superficie opaca (Negra) para detectores de 3 metros de diámetro y 4 metros de altura. Los pulsos generados por el detector fueron digitalizados con FADC a una velocidad de 1 GHz durante un microsegundo, lo que nos permite analizar de forma detallada los pulsos generados.