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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