Detección de rayos cósmicos¶
La radiación cósmica, descubierta por Victor Hess en 1912, incluye todas las partículas cargadas y núcleos provenientes del espacio exterior. Los rayos cósmicos "primarios" están compuestos por núcleos pesados, protones (~90%) y helio (~10%), pero también electrones, neutrinos, fotones, algunos núcleos ligeros y antimateria (positrones y antiprotones). Estas partículas son aceleradas por fuentes astrofísicas y al interactuar con la atmósfera terrestre, producen principalmente los rayos cósmicos "secundarios": piones, kaones y lluvias electromagnéticas. Los muones y los neutrinos son productos de la cadena de desintegración de los mesones cargados, mientras que los electrones y los fotones se originan en las desintegraciones de los mesones neutros.
Los muones cósmicos son partículas cargadas, producidas a gran altura en la atmósfera, \(\sim\,\)15 km, con mayor capacidad de penetración en la materia. Su masa. \(\sim\,\)200 veces la masa del electrón, la ausencia de interacciones fuertes y su larga vida media (\(\tau\) \(\sim\) 2,2x10\(^{-6}\) s), permiten a los muones atravesar la atmósfera y alcanzar la superficie de la Tierra. La energía media de los muones a nivel del mar es de unos 4 GeV.
Diagrama del montaje experimental¶
Los experimentos sobre rayos cósmicos propuestos en esta sección se realizan utilizando el Kit de CAEN educación. Con este se puede realizar una aplicación cualitativa para verificar la existencia de los rayos cósmicos. Además, es posible medir el flujo cósmico en una baldosa de material centellador que se encuentra acoplada a un SiPM, como se puede ver en el siguiente esquema.
Fuente de poder y amplificación¶
La fuente de poder y amplificación de CAEN, tiene una configuración básica con dos canales independientes cuya ganancia puede alcanzar los 50 dB y proveer un voltaje de sesgo a los sensores con ganancia de estabilización. Cada canal puede proporcionar una salida digital generada por los discriminadores de banda rápida. Además, es posible configurar los dos canales en coincidencia temporal.
El digitalizador de señales de CAEN, posee 2 canales ADC de 12 bits y 250 MS/s. Además, incluye un \(\textit{firmware}\) integrador de carga dedicado al procesamiento de pulsos en tiempo real.
Detector de muones¶
El detector de muones está compuesto por una baldosa de centelleo de plástico incrustada, acoplada directamente a un fotomultiplicador de silicio, SiPM . La baldosa, con un volumen sensible de 47 x 47 x 10 mm\(^3\) , es idel para la detección rayos cósmicos.
En el siguiente vídeo se realiza un recuento de la práctica y la instrumentación usada en ella: