En nuestra experiencia cotidiana, nos son ajenos al entendimiento los rayos cósmicos que atraviesan nuestros hogares y nuestros cuerpos. Estas partículas, sobre todo desde el espacio exterior, son detectables sólo cuando interactúan.
Las partículas cargadas dejan rastros de ionización de partículas neutras y pasar a través de materia no causa ningún efecto hasta que interactúan para producir partículas cargadas: estas son detectadas a través de su ionización. A pesar de esta aparente intangibilidad, las partículas cargadas pueden ser detectados en características contadores básicas de centelleo estos rayos de plástico cósmicos y así podemos determinar investigar fenómenos que parecerían a primera vista fuera de nuestro alcance.
Los objetivos educativos de este escenario
En este escenario educativo, los participantes podrán:
1. investigar el origen de los rayos cósmicos (rayos cósmicos primarios);
2. darse cuenta de que los rayos cósmicos primarios interactúan a un nivel elevado en la atmósfera de la Tierra, produciendo una lluvia de partículas secundarias;
3. apreciar que estos rayos cósmicos secundarios incluyen principalmente muones (200 veces más pesado que el electrón y con una duración de poco más de 2 μ);
4. entender cómo las partículas cargadas interactúan a medida que pasan a través de la materia, en particular la forma en que puede ser detectadas por los senderos de ionización que producen
5. discutir cómo estos senderos de ionización, que constituyen pequeñas cantidades de carga eléctrica, se pueden detectar;
6. entender cómo una partícula cargada se puede detectar mediante el uso de un contador de centelleo es decir, un centelleador y tubo fotomultiplicador combinado;
7. convencerse a sí mismos de los principios básicos de la detección electrónica: aunque la mayoría de las señales de los tubos fotomultiplicadores comprenden impulsos de ruido, se puede detectar partículas exigiendo una coincidencia de dos o más contadores de centelleo;
8. utilizando varios contadores de centelleo, establecer un telescopio de rayos cósmicos y medir la velocidad de los rayos cósmicos incidentes;
9. con los contadores montados verticalmente uno encima de otro, determinar cómo la velocidad medida varía con la separación de los contadores. ¿Cómo se puede definir con precisión la dirección de las partículas entrantes?;
10. con los contadores en un plano, medir la tasa de coincidencia y determinar cómo los cambios en la tasa como la separación horizontal de los contadores aumenta;
11. diseñar un programa de experimentos, por ejemplo, repetir las mediciones en diferentes momentos del día, en interiores y al aire libre, en diferentes partes del edificio;
12. buscar correlaciones de la velocidad medida con factores externos, como la temperatura del aire y la presión;
13. mediante la medición de coincidencias retardadas entre los contadores en una pila vertical, determinar el tiempo de vida del muón;
14. discutir cómo estas mediciones concuerdan (o no) con las propiedades conocidas de los rayos cósmicos;
15. resumir sus datos, describir a otros grupos lo que han hecho y, si es posible, comparar los resultados;
16. entender la conexión entre sus estudios de rayos cósmicos y los actuales experimentos de física de partículas.
Descargar el escenario en PDF aquíescenario_educativo_experimento_rayos_cosmicos.pdf
• Guía de posibles actividades para realizar (en inglés)
• Configuración y detalles de los experimentos posibles (en inglés)
Escenario educativo desarrollado por la Universidad de Birmingham; traducido por la Universidad Complutense de Madrid (HOU-España/AEGORA).
Validado por Discover the Cosmos + Experimentos con un telescopio de rayos cósmicos - repositorio de actividades educativas