Una lluvia de aire es una cascada extensa (de muchos kilómetros de ancho) de partículas ionizadas y radiación electromagnética producida en la atmósfera cuando un rayo cósmico primario (es decir, uno de origen extraterrestre) ingresa a la atmósfera. Cuando una partícula, que podría ser un protón , un núcleo , un electrón , un fotón o (raramente) un positrón , golpea el núcleo de un átomo en el aire, produce muchos hadrones energéticos.. Los hadrones inestables se descomponen en el aire rápidamente en otras partículas y radiación electromagnética, que son parte de los componentes de la ducha. La radiación secundaria llueve, incluidos rayos X , muones , protones , antiprotones , partículas alfa , piones , electrones , positrones y neutrones .
La dosis de radiación cósmica proviene principalmente de muones, neutrones y electrones, con una tasa de dosis que varía en diferentes partes del mundo y se basa en gran medida en el campo geomagnético, la altitud y el ciclo solar. Las tripulaciones de las aerolíneas reciben más rayos cósmicos si trabajan rutinariamente rutas de vuelo que las lleven cerca del polo norte o sur en altitudes elevadas, donde este tipo de radiación es máxima.
La lluvia de aire fue descubierta por Bruno Rossi en 1934. Al observar el rayo cósmico con los detectores separados entre sí, Rossi reconoció que muchas partículas llegan simultáneamente a los detectores. [1] Este fenómeno ahora se llama lluvia de aire.
Formación de lluvia de aire
Después de que la partícula cósmica primaria ha chocado con la molécula de aire, la parte principal de las primeras interacciones son los piones . También se pueden crear kaones y bariones . Los piones y los kaones no son estables, por lo que pueden descomponerse en otras partículas.
Los piones neutrales decaer en fotones en un proceso . Los fotones producidos forman una cascada electromagnética al crear más fotones, protones, antiprotones, electrones y positrones. [2]
Los piones cargados preferentemente decaen en muones y neutrinos en los procesos y . Así es como se producen los muones y neutrinos en la ducha de aire. [2]
Lo mismo ocurre con los kaones que pueden producir muones en el proceso. . Además, los kaones también pueden producir piones a través del modo de desintegración.. [2]
Detección
La partícula original llega con alta energía y, por lo tanto, con una velocidad cercana a la velocidad de la luz , por lo que los productos de las colisiones tienden también a moverse generalmente en la misma dirección que la primaria, mientras que hasta cierto punto se esparcen lateralmente. Además, las partículas secundarias producen un destello de luz extendido en dirección hacia adelante debido al efecto Cherenkov , así como luz de fluorescencia que se emite isotrópicamente por la excitación de moléculas de nitrógeno. La cascada de partículas y la luz producida en la atmósfera se pueden detectar con matrices de detectores de superficie y telescopios ópticos. Los detectores de superficie suelen utilizar detectores Cherenkov o contadores de centelleo para detectar las partículas secundarias cargadas a nivel del suelo. Los telescopios utilizados para medir la fluorescencia y la luz de Cherenkov utilizan grandes espejos para enfocar la luz en los racimos de PMT . Finalmente, las lluvias de aire emiten ondas de radio debido a la desviación de electrones y positrones por el campo geomagnético. Como ventaja sobre las técnicas ópticas, la detección por radio es posible las 24 horas del día y no solo durante las noches claras y oscuras. Por lo tanto, varios experimentos modernos, por ejemplo, TAIGA , LOFAR o el Observatorio Pierre Auger, utilizan antenas de radio además de detectores de partículas y técnicas ópticas.
El perfil longitudinal del número de partículas cargadas puede parametrizarse mediante la función de Gaisser-Hillas .
Ver también
Referencias
- ^ Rao, M. (1998), amplias duchas de aire , World Scientific , p. 5, ISBN 9789810228880
- ^ a b c Rao, M. (1998), Extensive Air Showers , World Scientific, pág. 10, ISBN 9789810228880
enlaces externos
- Amplias duchas de aire .
- Detector de ducha de aire Buckland Park
- Sistema de detección de parque Haverah
- Sistema detector de alta resolución
- Observatorio Pierre Auger
- HiSPARC (Proyecto de escuela secundaria sobre investigación astrofísica con cósmica)
- AIRES (AIRshower Extended Simulations): paquete Fortran grande y bien documentado para simular lluvias de rayos cósmicos por Sergio Sciutto en el Departamento de Física de la Universidad Nacional de La Plata , Argentina
- CORSIKA , CORSIKA : Otro código para simular lluvias de aire de rayos cósmicos por Dieter Heck del Forschungszentrum Karlsruhe , Alemania
- COSMUS : modelos 3D animados interactivos de diferentes duchas de aire de rayos cósmicos e instrucciones sobre cómo hacer las suyas propias utilizando simulaciones de AIRES. Del grupo COSMUS de la Universidad de Chicago.
- Animaciones Milagro : Películas e instrucciones de cómo hacerlas, mostrando cómo las duchas de aire interactúan con el detector Milagro. Por Miguel Morales.
- Animaciones CASSIM : Animaciones de diferentes duchas de aire de rayos cósmicos por Hajo Dreschler de la Universidad de Nueva York.
- Experimento SPASE2 : Experimento de ducha de aire en el polo sur (SPASE).
- Experimento GAMMA : Experimento de ducha de aire de alta montaña.