Proyectos de Investigación Básica o Aplicada en Ingenierías o Biomédicas, 2019-1
Rolando Moises Perca Gonzales; Ronald Marco Pastor Rodriguez; Edwin Agapito Llamoca Requena; Rossana Georgina Juarez Montiel; Fabricio Sergio Zevallos Rodriguez; Brian John Gutiérrez Vilca; Sonia Diana Quispe Mamani; Héctor Bryan Apaza Ortiz; Kermin Arnol López Trujillo; Jose Alfredo Bellido Caceres; David Saul Quispe Calloapaza
Objetivo
Detectar rayos cósmicos, rayos gamma y neutrinos en Arequipa con un prototipo construido en la UNSA
Resumen:
En el Universo existe una variedad de objetos astrofísicos de los cuales, aquellos que tienen mayor masa pueden emitir luz en forma de ondas Electromagnéticas y partículas energéticas que comúnmente se les conoce como rayos cósmicos. Otro tipo de partículas que conforman la gama de rayos cósmicos son los neutrinos. Actualmente existen colaboraciones internacionales interesadas en instalar Observatorios Astrofísicos en el Valle del Colca y en las alturas de Arequipa (Sumbay e Imata) para la observación de neutrinos y rayos-gamma, como la colaboración SWGO (Southern Wide-field Gamma-ray Observatory - Observatorio de rayos gamma de amplio campo del sur-). Los detectores para la observación de neutrinos y de rayos-gamma están basados en la misma tecnología, la cual consiste en tanques de agua con sensores de luz que detectan la luz Cherenkov producida por partículas energéticas que atraviesan los tanques de agua. Este proyecto consiste en obtener datos de radiación cósmica, radiación gamma y neutrinos en Arequipa mediante el diseño y construcción de prototipos de detectores. Para lograr esta meta se desarrolla tres líneas de trabajo, a saber: Caracterizar los lugares propuestos para la instalación de los observatorios (instalación de estaciones climáticas) y medición de profundidades de la laguna de Imata; simular lluvias cósmicas utilizando el programa CORSIKA y simular los detectores utilizando el programa GEANT4. Estas simulaciones se utilizarán para evaluar diferentes configuraciones de detectores para optimizar: la detección de neutrinos, detección de rayos-gamma y el estudio de propiedades de las interacciones de rayos cósmicos energéticos con la atmósfera y por último construir en la UNSA 3 detectores de partículas consistentes en tanques de agua, donde cada tanque contendrá detectores de luz, electrónica y sistema de adquisición de datos (DAQ). El propósito es de evaluar el costo de construir este tipo de detectores en Arequipa, información que será de utilidad para colaboraciones internacionales interesadas en instalar observatorios astrofísicos en Arequipa. Otro propósito es construir prototipos de estructuras para 9 detectores que irán dentro de laguna de Imata. Estos prototipos de estructura se instalarán dentro de laguna de Imata y se evaluará su resistencia por un periodo de 18 meses. Finalmente se hará comparaciones de datos detectados con los tipos de detectores (tanques terrestres de agua y bolsas de agua en el interior de la laguna)
Palabras clave
Rayos gamma, neutrinos, rayos cósmicos, simulación, air showers, detectores de superficie, detectores Cherenkov, UNSA, AREQUIPA
Problema central
Colaboraciones científicas internacionales han identificado en la región de Arequipa, posibles lugares para instalar observatorios astrofísicos de última generación: 1.La colaboración “Southern Wide field of view Gamma-ray Observatory”, SWGO, está considerando construir sus detectores en Imata y en Sumbay. 2.El proyecto ALTO, liderado por la Universidad de Linnaeus de Suecia, está en conversaciones con la Universidad Nacional de San Agustín para instalar sus detectores de rayos-gamma en Sumbay. 3.Existe una propuesta para construir en el Valle del Colca un Observatorio de Neutrinos Tau, en el rango de energía 1 – 100 PeV. A la luz de esta información detectamos los siguientes problemas centrales: ●La Universidad San Agustín requiere estar preparada para poder beneficiarse científicamente de los observatorios astrofísicos que puedan instalarse en la región. ●Es de beneficio de la Universidad de San Agustín realizar todos los estudios previos necesarios para que la colaboración SWGO tome la decisión de instalar su observatorio en Imata. Con la ejecución del presente proyecto facilitaremos a que la colaboración SWGO tome la decisión de construir su observatorio en la laguna de Imata. Por otro lado, cuando el observatorio ya sea instalado, estaremos preparados para formar parte, de manera competente, de la colaboración SWGO y estudiaremos los fenómenos más energéticos que se suscitan en el centro de nuestra galaxia y en otros objetos energéticos de nuestro Universo.
Hipótesis planteada
a) Es posible generar un diseño adecuado de detectores de partículas en las lagunas de Imata en Arequipa. b) Es posible la deteccion de rayos cósmicos, rayos gamma y neutrinos a partir de la construcción y utilización en Arequipa de detectores de partículas cósmicas. c) Es factible instalar detectores de partículas dentro de las lagunas de Imata, conociendo las profundidades de las lagunas para diseñar estructuras que permitan el buen funcionamiento y adquisición de datos de los detectores dentro de la laguna.
Resultados esperados
06 nuevos Profesionales con Título universitario
03 Artículos publicados en revistas indizadas
01 ponencia realizadas nacionalmente
Adicionalmente se presentará:
- Detección de rayos gamma, rayos cósmicos y neutrinos que provienen de objetos en nuestra galaxia, a partir de la construcción y adquisición de datos con prototipos de detectores de partículas construidos en la UNSA.
-Demostración de la factibilidad de instalar y operar detectores de partículas dentro de la laguna de Imata. Este estudio es importante para que la colaboración internacional SWGO pueda decidir construir un gran observatorio de rayos gamma dentro de la laguna de Imata. Dicho observatorio instalaría cientos de detectores de partículas con un costo total aproximado de 50 millones de dólares. Este costo sería asumido en su integridad por la colaboración internacional SWGO.
Impactos esperados
Los resultados de este proyecto van a contribuir a que Observatorios Científicos internacionales se establezcan en Arequipa. La construcción de estos Observatorios internacionales son una inversión de por lo menos 50 millones de dólares. Esta inversión contribuirá directamente a la economía local y un gran avance tecnológico en lo que respecta a la detección de partículas y de radiación cósmica, contribuyendo en el avance de los conocimientos en el área de la Astrofísica y de la Física de partículas de altas energías. Otro impacto importante es que se formarán estudiantes y docentes de Física de alto nivel, los cuales tendrán una alta capacidad analítica, expertos en programación y análisis de datos.