Nuevo detector de rayos cósmicos en la Antártida
Investigadores del Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) han desarrollado un detector de rayos cósmicos y lo han instalado en la base antártica Juan Carlos I. Este dispositivo, ya en funcionamiento, medirá con precisión electrones y muones (otro tipo de partícula elemental) para estudiar la actividad solar y las condiciones de la atmósfera terrestre.
Base antártica española Juan Carlos I y los investigadores del IGFAE Juan A. Garzón y Damián García con TRISTAN en el buque Hespérides. / UTM-CSIC/IGFAE
Mucho se ha avanzado en la comprensión del origen y naturaleza de los rayos cósmicos desde que el físico austriaco Victor Hess los descubriera en 1912 utilizando un globo aerostático a 5.300 m de altura. Si bien sabemos que casi todas estas partículas son núcleos de hidrógeno y de todos los elementos de la tabla periódica, las causas por las que adquieren energías muy superiores a las conseguidas por los aceleradores más potentes no son del todo conocidas. Lo mismo ocurre a la hora de determinar su origen; es prácticamente imposible, salvo para las partículas de energías más altas.
Desde la base antártica española el detector TRISTAN medirá electrones y muones para estudiar la actividad solar y las condiciones de la atmósfera terrestre
También hay rayos cósmicos de baja energía provenientes del Sol, que componen el conocido viento solar. Su intensidad crece con la actividad solar y sus efectos sobre los sistemas de comunicaciones y de posicionamiento global como el GPS y otros dispositivos electrónicos en forma de tormenta magnética pueden ser desastrosos. Por ello es fundamental mejorar las técnicas de detección temprana de dichos eventos para prevenir en lo posible su impacto.
Con este propósito, un equipo del Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) de la Universidad de Santiago de Compostela (USC)ha desarrollado un detector de rayos cósmicos que ha sido finalmente instalado en la base Juan Carlos I, ubicada en la isla Livingston de la Antártida.
Después de su traslado en el Buque de Investigaciones Oceanográficas Hespérides, el equipo finalizó la puesta en marcha de TRISTAN (así se llama, por sus siglas en inglés: TRasgo para InveSTigaciones ANtárticas) el pasado mes de diciembre como parte del Observatorio Antártico de Rayos Cósmicos (ORCA), donde recopilará datos hasta la llegada del verano austral en marzo. Con ellos, se analizará la actividad solar y se estudiará el efecto del campo magnético terrestre sobre la propagación de los rayos cósmicos.
Mediciones desde el continente helado
La expedición a la Antártida comenzó a principios de noviembre de 2019 cuando el investigador del IGFAE y profesor de la USC, Juan A. Garzón, y el estudiante de doctorado, Damián García Castro, partieron a Cartagena para montar el detector TRISTAN a bordo del Hespérides. El profesor Garzón acompañó al detector durante todo el trayecto con objeto de supervisar su funcionamiento.
Durante su viaje en el Hespérides tomó datos de la anomalía magnética del Atlántico Sur, una región donde el escudo magnético terrestre es más débil
A lo largo del viaje, TRISTAN tomó datos de una región particularmente interesante donde el escudo magnético terrestre es ligeramente más débil y que todavía no ha sido estudiada con detalle a nivel de superficie terrestre: la denominada anomalía magnética del Atlántico Sur.
Una vez en la Isla Livingston, y después de que los técnicos acondicionaran la base Juan Carlos I para su uso por el personal investigador, el detector TRISTAN fue puesto en funcionamiento la última semana de diciembre como parte del observatorio ORCA, junto con otros dos detectores desarrollados por la Universidad de Alcalá, centro coordinador del proyecto.
TRISTAN es un detector tipo TRASGO (TRAck reconStructinG mOdule) que, como principal característica, permite identificar muones y electrones, partículas secundarias originadas por la interacción de los rayos cósmicos con la atmósfera terrestre, mediante un análisis software.
También es capaz de determinar el tiempo de llegada, con una precisión superior al nanosegundo y una dirección de incidencia de hasta unas 20 partículas producidas en una misma interacción. De esa forma se podría acceder de forma indirecta a algunas de las propiedades, dirección y energía del rayo cósmico primario.
Colaboración con TRAGALDABAS y URAGAN
Desde el 2014, en el laboratorio LabCAF de la Facultade de Física de la USC hay instalado y tomando datos otro detector tipo TRASGO pero de mayores prestaciones: TRAGALDABAS (TRAsGo for the AnaLysis of the nuclear matter Decay, the Atmosphere, the earth B-Field And the Solar activity). “
El análisis conjunto de los datos tomados de forma simultánea por ambos detectores, dada su capacidad direccional y la gran distancia entre ellos ‒alrededor de 13.000 km‒ ofrece una oportunidad única para mejorar significativamente los resultados que cada uno de los detectores puede ofrecer por separado, en particular los relativos a la posible detección temprana de tormentas magnéticas”, explican los investigadores.
Las mediciones con ambos dispositivos se estudiarán junto con las observaciones de URAGAN, un detector de muones ubicado en el Instituto MEPhI de Moscú, para correlacionar todos los conjuntos de datos. En el desarrollo de TRISTAN también han colaborado de forma muy activa el Laboratorio de Instrumentación y Física Experimental de Partículas de Coimbra, donde se ha construido el detector, y la empresa Hidronav Technologies, de Vigo, que ha rediseñado y mejorado parte de la electrónica utilizada.