Presentacin de PowerPoint

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Qué son los rayos cósmicos
Arnulfo Zepeda, CINVESTAV
La Paz, Bolivia Agosto 16, 2004
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Indice

• Qué son los rayos cósmicos
• Historia sobre los rayos cósmicos
• Instrumentos
• En dónde se producen?
• Eventos ultra energéticos
• El Observatorio Pierre Auger
• Observatorio de Chacaltaya
• Experimentos del futuro

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QUE SON????
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Qué son los rayos cósmicos?

• Los rayos cósmicos son partículas que bombardean
  la Tierra
• constantemenete. La mayoría son núcleos de
  átomos, electrones, gammas, o neutrinos.

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El átomo y las partículas subatómicas
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El hombre se ha preguntado durante largo tiempo

• De qué está hecho el mundo?
• Qué lo mantiene unido?

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Los cuatro elementos

• En la antigüedad el hombre pensaba que el
  mundo está compuesto por cuatro elementos

Hoy en día sabemos que existe algo más
fundamental que tierra, agua, aire, y fuego...
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EL ÁTOMO
- Idea Demócritus, 400 AC - Siglo XIX, renace
la idea con los trabajos de Proust, Dalton y
otros. - El hecho que los átomos puedan ser
categorizados de acuerdo a las similitudes
químicas de los elementos (como se hace en una
tabla periódica), sugerió que los átomos no son
fundamentales.
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• John Dalton El átomo es la unidad básica e
  indivisible de cada elemento químico y, por
  tanto, de la materia.

Estamos hechos de átomos!
Pequeños e indivisibles
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El átomo

• Dalton
• Atomos de distintos elementos tienen diferentes
  pesos.

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Radioactividad

• En 1896 Henri Becquerel descubrió que ciertas
  sales de uranio emiten partículas. A este
  proceso se le dio el nombre de "radiación.
  Pronto se estableció que se trata de la
  transmutación de un elemento a otro y el proceso
  se refirió como decaimiento radioactivo".

Agosto 16, 2004 A. Zepeda
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Descubrimiento del electrón (1897).
Tubo de Crookes.
Lámpara de Neón.
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J.J. Thompson
Se desvían al acercar un imán!
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J.J. Thompson
Electrones
Son partículas pequeñas de carga negativa
Los electrones son partículas arrancadas del
átomo!
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Descubrimiento del núcleo atómico (1911).
Qué más tiene el átomo dentro ?
Cómo están distribuidos los electrones en el
átomo?
E. Rutherford
?
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Tipos de radioactividad

• Mientras tanto se estableció que hay tres tipos
  de radioactividad, o sea tres tipos de partículas
  que se emiten en este proceso
• Alpha (a), muy pesada de carga doble positiva
  (He).
• Beta (b), liviana de carga negativa (e).
• Gamma (g), neutra.

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Ideas sobre el átomo

• Alrededor de 1900, se pensaba que los
  átomos son pequeñas esferas .
• Un experimento determinó que los átomos
  tienen un núcleo positivo denso y una nube de
  electrones.

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Experimento de Rutherford

• En 1909 Rutherford examinó la validez de las
  teorías sobre la estructura del átomo en su ahora
  famoso experimento de la lámina de oro.

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Se esperaba

• Se suponía que los átomos son esferas
  neutras permeables. Se esperaba que las
  partículas a, cargadas, y de alta energía, no
  tendrían problema para atravesar unos pocos
  átomos. Las partículas a deberían continuar su
  trayectoria en línea recta, a través de la lámina
  de oro, y dejar una pequeña región de la pantalla
  posterior, cubierta de puntos.

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Resultados

• Para sorpresa, aparecieron unos pocos puntos
  dispersados cerca del frente de la pantalla.
• Por lo tanto el átomo
• tiene NUCLEO.

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Vista a nivel atómico de la lámina de oro
Atomo
Núcleo pesado con carga positiva
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Neutrón

• En 1932 se descubrió el neutrón, y se le
  identificó como componente del núcleo, y asi
  quedó configurada la idea moderna sobre el átomo.

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Atomo moderno
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Los protones y los neutrones también son
compuestos!

• En la decada de los 1960 se descubrió que los
  protones y los neutrones no son fundamentales,
  están compuestos por partículas más fundamentales
  llamadas quarks.

Ahora se piensa que los quarks y los electrones
SON fundamentales.
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(No Transcript)
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Decaimiento b y el neutrino

• Para poder entender uno de los tres tipos de
  radioactividad, aquel en el que se emiten
  partículas b, fue necesario postular la
  existencia de otra partícula, el neutrino. Esta
  partícula no tiene masa, es neutra y
  prácticamente no interacciona con el resto de la
  materia. En la década de 1950 se estableció
  experimentalmente la existencia real del
  neutrino.
•  

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SIMULACION DE UNA CASCADA PRODUCIDA POR UN RAYO
COSMICO
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HISTORIA
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Victor Hess

• 1912. En un globo
• subió a una altura de 5,000 metros y descubrió
  una radiación penetrante proveniente del espacio
  exterior.

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Robert Millikan

• 1932. Segun él esta radiación está
  constituida por rayos g, de allí el nombre "rayos
  cósmicos''. Pero fue creciendo la evidencia que
  los rayos cósmicos son, en realidad, en su
  mayoría, partículas cargadas.

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1933. Con su cámara de niebla descubrió en los
rayos cósmicos el positrón, la primera muestra de
antimateria.
Carl Anderson
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1937. Seth Neddermayer y Carl Anderson
descubrieron en los rayos cósmicos la partícula
llamada muón. El positrón y el muón fueron los
primeros de una serie de partículas subatómicas
descubiertas usando los rayos cósmicos
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Pierre Auger

• 1938. Con detectores colocados a muchos metros
  de separación, hasta 300, registró la llegada
  simultánea de partículas. Descubrió así los
  chubascos extendidos.

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INSTRUMENTOS
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(No Transcript)
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Contador Geiger
37
Con qué vemos
?
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CERN
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Chorros de hadrones formados por quarks
Laboratorio Cern, Europa
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(No Transcript)
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Enorme energía

• Auger concluyó que había observado chubascos
  con energía de 1015 eV, diez millones de veces
  más alta que cualquier energía alcanzada antes en
  el laboratorio

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(No Transcript)
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Algunos descubrimientos en aceleradores

• SLAC y Brookhaven quark charm
• SLAC leptón tau
• Fermilab quarks bottom y
  top
• CERN bosones W y Z

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Técnicas de detección de rayos cósmicos
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De dónde vienen?
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La fuente de rayos cósmicos más cercana a la
Tierra, E lt 1 GeV
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El Sol y otros objetos emiten rayos cósmicos.
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Supernovas
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Fuente de rayos cósmicos de baja energía
Los rayos cósmicos de baja energía que llegan a
la Tierra provienen de algún sitio dentro de
nuestra galaxia, la Vía Láctea. E lt 1015 eV
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POSIBLES FUENTES DE RAYOS CÓSMICOS DE ALTA
ENERGÍA
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Possible sources of high energy cosmic rays
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LOS ULTRA ENERGETICOS!!
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(No Transcript)
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El misterio de los rayos cósmicos ultraenergéticos

• No sólo se puede estudiar las partículas
  usando aceleradores terrestres, el universo nos
  brinda también un laboratorio natural.
• Algo en el cosmos está lanzando partículas a
  energías increibles por el universo.
• Nadie sabe que son, de donde vienen y cómo
  alcanzan semejantes energías.

De donde sea que provengan, estas partículas
guardan secretos del universo, debido al misterio
de sus enormes energías.
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Directores del Observatorio Pierre Auger
James Cronin (Universidad de Chicago, Estados
Unidos) Alan Watson (Universidad de Leeds, Reino
Unido)
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Alrededor de 250 físicos de más de 30
instituciones y 13 países participan en este
proyecto

• .
• Países participantes
• Alemania, Argentina, Australia, Brasil,
  Eslovenia, España, Estados Unidos, Francia,
  Italia, México, Polonia, Reino Unido, República
  Checa.

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Objetivo General

• Entender el origen y naturaleza de los rayos
  cósmicos ultra energéticos.

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UBICACION GEOGRAFICA DEL OBSERVATORIO PIERRE
AUGER
Hemisferio Norte Condado de Millard Utah,
Estados Unidos
Hemisferio Sur Pampa Amarilla. Provincia de
Mendoza Argentina
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Campo de Observación del Auger
El cielo visto por los observatorios, Hasta 600
de distancia cenital máxima. Norte ? rojo, Sur ?
verde
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(No Transcript)
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Pampa Amarilla
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(No Transcript)
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Detector de Superficie
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FUNCIONAMIENTO DEL DETECTOR DE SUPERFICIE
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Detector Cherenkov
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Plano del edificio del detector de
Fluorescencia.
Prototipos
Espejos
Camara con 440 PMT
Ventanas y filtros
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Malargüe - Mendoza
Pampa Amarilla

• Aire muy puro

• 3000 km2 de superficie plana

• Altura de 1200 a 1400 msnm

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Edificio de FluorescenciaLos Leones
Inaugurado el 13 de Enero de 2001 - Financiado
por la Provincia de Mendoza
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Telescopio de Fluorescencia
Diafragma
Fototubos
Espejos
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(No Transcript)
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Edificio de Fluorescencia Coihueco
Inaugurado el 25 de Abril de 2002 - Financiado
por la Universität Karlsruhe (Alemania)
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Detectores a 1500 metros de separación
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Ensamblado de Detectores
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(No Transcript)
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Instalación de Detectores
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(No Transcript)
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Detectores de Superficie Instalados Actualmente
Alarm - Warning - Running well - Not sending data
  
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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AMANDA (Polo Sur)
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South Pole
Dark sector
Skiway
AMANDA
Dome
IceCube
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Orbiting Wide-angle L ight-collectors (OWL)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Localización

• Sobre la montaña de Chacaltaya, cerca de La Paz.
• Altitud 5,220 m sobre el nivel del mar,
  correspondiente a 540g/cm2.
• Su posición en el sur (160 de latitud sur) es
  importante para observar una parte del cielo que
  no está bien analizada por los observatorios del
  hemisferio norte, sobre todo en el tema de la
  astronomía con rayos g.
• Chacaltaya es el laboratorio más alto en el mundo
  funcionando continuamente.
• Ideal para detectar chubascos de energías entre
  10 y 50 TeV ya que estos alcanzan su desarrollo
  máximo a esta altura.

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(No Transcript)
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A nivel del mar, cada minuto nos atraviesa un
muón vertical por cm2.
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! Cada segundo 5 millones de neutrinos solares
atraviesan un cm2 de nuestro cuerpo
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FIN
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Páginas Web
http//www.auger.org http//www.fis.cinvestav.mx/
auger/ http//www.fcfm.buap.mx/Auger/ http//ww
w.auger.unam.mx/ http//www.auger.org.ar/argentina
/material.shtml Material que se encuentra en
Physics and Astrophysics of Ultra High Energy
Cosmic Rays Rayos Cósmicos Ultra Energéticos
Una Ventana al Universo Las Partículas
Elementales y el Universo