Arreglo de detectores de muones subterráneos

El arreglo experimental de detección de chubascos instalados en la superficie por sí solo no puede decirnos si la partícula primaria de un chubasco observado es producido por una partícula de rayos cósmicos o de rayos gamma, ni es capaz, cuando el chubasco observado es de origen de rayos cósmicos, de distinguir las especies nucleares de las partículas primarias. Los chubascos inducidos por los rayos cósmicos contienen muchas partículas elementales llamadas muones, mientras que las inducidas por los rayos gamma contienen pocos muones. Podemos mejorar en gran medida la sensibilidad a los rayos gamma del arreglo, si construimos un detector que sea sensible solo a los muones y nos ayude a seleccionar chubascos pobres en muones, es decir, chubascos probablemente de origen de rayos gamma, entre los observados por el arreglo de la superficie. Estamos planeando construir un conjunto de detectores de muones de \(\sim\) 5,400 m\(^2\) en el subsuelo del arreglo de superficie ALPACA. El conjunto de detectores de muones es sensible solo a los muones contenidos en los chubascos, porque la capa de tierra en la parte superior del conjunto de detectores de muones absorbe el componente electromagnético del chubasco (electrones, positrones y fotones), que representan la mayoría de las partículas, mientras que los muones penetran fácilmente en la capa de tierra.

Vista esquemática del diseño actual de todo el observatorio ALPACA. Los cuadrados grises representan el conjunto de detectores de muones subterráneos. Cada cuadrado es un detector de partículas tipo agua Cerenkov de 56 m\(^2\). La matriz consta de 8 grupos, cada uno de los cuales tiene 12 detectores.

Imagen del detector de partículas tipo agua Cerenkov. La foto muestra el interior de un detector de partículas tipo agua Cerenkov del experimento Tibet ASγ. El detector es un tanque de agua y completamente protegido de la luz durante la observación. Los tubos fotomultiplicadores de 20 pulgadas de diámetro suspendidos del techo detectan una tenue luz de Cerenkov emitida por los muones que pasan por el agua. El tanque de agua tiene un área de 7.2 m x 7.2 m y está lleno de agua hasta una profundidad de 1.5 m. Hay una capa de tierra de 2,5 m de espesor en la parte superior del techo.
Crédito de la imagen: Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos, Universidad de Tokio.