Detección y estudio de fotones producidos en aluminio por incidencia de rayos cósmicos

Resumen

La detección de rayos cósmicos, de radiación ionizante en general, comúnmente la realizamos mediante materiales ionizables -que se producen iones en él- y fotonizables* -que se producen fotones en él-, a partir de los cuales se construyen los detectores de radiación. Porque todo material tiene en cierta medida estas propiedades, prácticamente podemos usar cualquier material para detectar radiación ionizante. En este estudio, presentamos la planeación, el diseño, la construcción, la caracterización y la operación de un detector de rayos cósmicos basado en un bloque de Aluminio de 10 cm x 10 cm x 20 cm al que se le anclan sendos tubos fotomultiplicadores marca Hamamatsu H10493-12, en una de las caras rectangulares del bloque de Aluminio y separados 12.5 cm, centro a centro. En la parte superior e inferior, sobre una estructura de 24 cm x 24 cm x 50 cm, colocamos un plano detector (con volumen de 10 cm x 10 cm x 1 cm) construido a base de 10 tubos Geiger-Müller de 11 cm de largo y 1 cm de diámetro, protegidos con láminas de acrílico de 2 mm de espesor. El bloque de Aluminio se coloca sobre el plano inferior coaxialmente con los dos planos detectores. Usando los planos detectores como un telescopio, determinamos que el flujo de los rayos cósmicos es [2.09±0.03 partículas cósmicas] sr-1cm-2s-1, que concuerda bien con el resultado mundialmente aceptado. Usando los planos detectores como vetos para la radiación cósmica, determinamos que se producen fotones en el bloque de Aluminio, que posiblemente están polarizados -quizá producidos por efecto Cherenkov o por excitación desexcitación de los átomos- por incidencia de rayos cósmicos. El número de fotones producidos depende proporcionalmente con la distancia recorrida por la radiación incidente en el bloque de Aluminio, de acuerdo con los resultados de la simulación del proceso usando GEANT4. Presentamos detalles técnicos de la planeación, el diseño, la construcción, la caracterización, y la operación del detector de rayos cósmicos, y los resultados físicos preliminares obtenidos.