Propuesta para determinar las posibles Correlaciones entre el flujo de rayos cósmicos y la actividad sísmica sobre la superficie terrestre que presentan Humberto Salazar Ibarguen Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Gerardo Moreno López Universidad de Guanajuato Luis Manuel Villaseñor Cendejas Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo Resumen: En vista de que recientemente se han reportado observaciones de una correlación entre la precipitación de partículas atrapadas en los anillos de Van Allen y los terremotos, nos proponemos buscar fenómenos no aleatorios asociados a los rayos cósmicos secundarios de baja energía junto con variaciones del campo magnético local sobre la superficie terrestre. Como hipótesis de trabajo suponemos que, en efecto, la actividad sísmica podría causar pequeñas variaciones locales en el campo magnético terrestre, las cuales se reflejarían como cambios en el flujo de rayos cósmicos secundarios. Dado que en la superficie terrestre los rayos cósmicos se componen principalmente de muones, proponemos efectuar el monitoreo de la parte baja del espectro por medio de sucesos relacionados con el decaimiento del muón dentro del sistema detector. Nos concentraremos en el desarrollo, colocación, operación y mantenimiento de un conjunto de estaciones detectoras de rayos cósmicos, aunado al monitoreo permanente del campo magnético local por medio de sondas basadas en el efecto Hall. Una característica distintiva de la presente propuesta es su potencial utilidad para desarrollar la tecnología que nos permitiría alertar sobre la proximidad del sismo con unas horas de anticipación. En caso de resultar positivas el tipo de correlaciones planteado, propondríamos la disposición de una red de vigilancia del flujo de rayos cósmicos a escala nacional que podría incluirse dentro del sistema de prevención de sismos en el futuro. El costo del proyecto es de $1'800,000.00 (un millón y ochocientos mil pesos) y tiene una duración de tres años. Originalidad: Hasta el momento no sabemos de algún estudio que investigue las posibles correlaciones entre el flujo de muones de baja energía, a nivel del suelo, y las variaciones en la medición del campo magnético local, junto con su asociación a los fenómenos sísmicos. Este esquema nos ofrece una manera alterna para determinar la validez o falsedad de las correlaciones reportadas por los experimentos satelitales. En caso de arrojar resultados positivos tendremos a la mano un instrumento que nos ayude a predecir el arribo de los terremotos. Antecedentes: • El espectro primario de rayos cósmicos La radiación cósmica incidente en la parte superior de la atmósfera terrestre incluye todas las partículas cargadas estables y aquellos núcleos con vida media del orden de 106 años o más [1]. Técnicamente, los rayos cósmicos “primarios” son las partículas aceleradas en las fuentes astrofísicas, mientras que los rayos cósmicos “secundarios” son las partículas producidas en la interacción de los primarios con el gas interestelar o la materia que encuentren a su paso. Así pues, los electrones, protones y helio, así como el carbono, oxígeno, hierro, y otros núcleos sintetizados en las estrellas, son primarios. Núcleos tales como el litio, berilio y boro (que no son productos finales abundantes de la nucleosíntesis estelar) son secundarios. Los antiprotones y los positrones son también en gran parte radiación secundaria. Aparte de las partículas asociadas con las erupciones solares, la radiación cósmica proviene del exterior del sistema solar. La entrada de partículas cargadas está “modulada” por el viento solar (el plasma magnetizado en expansión que genera el Sol) que desacelera y desvía los rayos cósmicos galácticos de baja energía provenientes del interior del sistema solar. Hay una gran anticorrelación entre la actividad solar (que tiene un ciclo once años) y la intensidad de los rayos cósmicos con energías por debajo de alrededor de 10 GeV. Además, los rayos cósmicos de baja energía son afectados por el campo geomagnético, al que deben penetrar para llegar a la parte superior de la atmósfera. Por lo tanto, la intensidad de cualquier componente de la radiación cósmica en el rango de algunos GeV depende tanto de la ubicación y del tiempo. [2-8] Se ha observado que el flujo de partículas cósmicas primarias es inversamente proporcional al cuadrado de la energía. Y no obstante ello, se han catalogado 20 14 sucesos de 10 eV. Por encima de 10 eV, las partículas cósmicas primarias son tan raras que su detección se base en la observación del gigantesco chubasco atmosférico que producen y cuyas componentes pueden ser registradas mediante una red de instrumentos ópticos o detectores de partículas al nivel del suelo. [9] • Los rayos cósmicos en la atmósfera La producción secundaria de rayos cósmicos en la atmósfera depende de la intensidad de nucleones incidentes, lo cual es aproximadamente independientemente de que el nucleón incidente esté libre o se trate de protones ligados a núcleos atómicos. La figura de la izquierda muestra las componentes principales del flujo vertical de los rayos cósmicos en la atmósfera en el rango energético en el que las partículas son más numerosas (a excepción de electrones, que son los más numerosos, cerca de su energía crítica, que es de aproximadamente 81 MeV en aire). Salvo en el caso de protones y electrones en la parte superior de la atmósfera, todas las partículas son producidas en las interacciones de los rayos cósmicos primarios con el aire. Los muones y los neutrinos son productos de la descomposición de los mesones cargados, mientras que los electrones y fotones se originan en los decaimientos de los mesones neutros. La mayoría de las mediciones se realizan a nivel del suelo o cerca de la parte superior de la atmósfera, aunque también hay mediciones de electrones y muones realizadas con detectores ubicados en aviones y globos. La figura anterior incluye algunas mediciones recientes de muones negativos [10-12]. El flujo de rayos cósmicos a través de la atmósfera está descrito por un conjunto de ecuaciones en cascada con condiciones de frontera en la parte superior de la atmósfera para que coincida con el flujo primario. Se requieren extensos cálculos numéricos o cálculos de simulación Monte Carlo para tener en cuenta con precisión los procesos de decaimiento, pérdida de energía y la dependencia energética de las secciones transversales de dispersión. Afortunadamente, se cuenta con soluciones analíticas aproximadas que son útiles en un limitado rango energético [12]. Por ejemplo, la intensidad vertical de nucleones con energía E a una profundidad X (g cm-2) en la atmósfera viene dada por I N ( E , X ) ≈ I N ( E ,0 ) e − X / Λ , donde Λ es la longitud de atenuación de nucleones en el aire. La correspondiente expresión para la intensidad vertical de piones cargados como función de la energía es ( 115GeV ) I I π ( E , X ) ≈ 0.079 X E N (E, X ) . Esta expresión tiene un máximo en un espesor del orden de Λ ≈ 120 g cm-2 que corresponde a una altitud de 15 kilómetros. La intensidad de piones a baja energía es mucho menor que el de nucleones, porque la mayoría de ellos habrán decaído en lugar de interactuar. • Los rayos cósmicos en la superficie terrestre Los muones son las partículas cargadas más numerosas a nivel del mar (véase la figura anterior). La mayoría de los muones se producen en la alta atmósfera (normalmente 15 km) y pierden alrededor de 2 GeV en ionización antes de llegar al suelo. La energía media de muones al nivel del mar es ≈ 4 GeV. El espectro energético de los muones y su distribución angular son el reflejo de una convolución entre el espectro de producción, la pérdida de energía en la atmósfera y su decaimiento. Por ejemplo, los muones de 2.4 GeV que en el vacío tienen una longitud de decaimiento de 15 km, ésta se reduce a 8,7 km por la pérdida de energía al ionizar la atmósfera. El espectro energético de los muones es casi plano por debajo de 1 GeV, disminuyendo gradualmente para reflejar la forma del espectro primario en el rango de 10 a 100 GeV; esta disminución se acentúa para energías superiores a 115 GeV porque ese tipo de piones tienden a interactuar en la atmósfera antes de decaer. Al nivel del mar, la intensidad de muones con energía superior a 1 GeV es ≈ 70 m-2 s-1 sr-1, que los físicos experimentales identifican comúnmente con la frase "un muón por centímetro cuadrado por minuto" aplicada a detectores horizontales. En general, la distribución angular de muones en la superficie terrestre es cos 2 θ , característica de muones con energías ~3 GeV. Para energías menores, la distribución angular se hace cada vez más aguda, mientras que a mayor energía la distribución angular se aplana. A ángulos grandes casi no aparecen muones de baja energía porque atraviesan grandes distancias sobre el horizonte y decaen antes de llegar a la superficie. Esto tiene como consecuencia que la energía promedio de esos muones se incremente. [13] • Los terremotos se reflejan en el espacio Durante las últimas décadas se ha reportado en la literatura una posible influencia de campos electromagnéticos, de origen sísmico, sobre la región de transición entre la ionósfera y la magnetósfera [14]. Recientemente, algunos experimentos en satélites observaron chorros anómalos de partículas cargadas que se precipitan desde la parte baja del cinturón interior de radiación, lo que se supone es causado por perturbaciones sismo-electromagnéticas de baja frecuencia. Estas perturbaciones se muestran sobre una banda ancha del espectro electromagnético, desde ~DC hasta algunos MHz, y se observan en el espacio cercano a la Tierra, antes, durante y después de terremotos. Algunas mediciones a nivel del suelo han mostrado suaves variaciones de los campos eléctricos y magnéticos de origen telúrico, así como ciertos potenciales presísmicos [15-16]. Estos últimos se generan cuando el agua salina se mueve a través de roca porosa y encuentra cargas iónicas [17-18]. También han sido reportadas algunas observaciones satelitales de perturbaciones ionosféricas y atmosféricas sobre regiones sísmicas, aunque algunos autores recomiendan tomar los resultados con precaución. Por medio de instrumentos a bordo de los satélites se ha medido el flujo de partículas cargadas de alta energía dentro de la magnetósfera y se ha encontrado una correlación, entre las variaciones de la intensidad de partículas y los terremotos, la cual tiene una manifestación tanto espacial como temporal. Estas variaciones se muestran como el repentino incremento en las tazas de conteo de partículas cargadas con varias horas de anticipación a la fase activa de los terremotos con magnitud superior a 4 en la escala de Richter. Una posible explicación de esta correlación se remite a la interacción resonante de la emisión electromagnética de baja frecuencia, producida por el sismo, con las partículas cargadas atrapadas en los cinturones de radiación por encima del epicentro. Algunos cálculos muestran que esta correlación arroja la posibilidad de ubicar el epicentro de algún futuro temblor algunas horas antes de su inicio con una precisión de hasta 100 Km en tiempo real [19-21]. Hipótesis: Nuestra hipótesis de trabajo es que la actividad sísmica modifica localmente la magnitud del campo magnético terrestre e influye en la medición local del flujo de rayos cósmicos secundarios de baja energía, principalmente muones. Los muones de baja energía son aquellos que, al atravesar unos 20 o 30 centímetros de material centellador, se detienen y dan lugar a su posterior decaimiento en un electrón y dos neutrinos. Este decaimiento ocurre dentro de una ventana temporal de decenas de microsegundos y es la huella típica que nos permite catalogar el suceso como "un muón de baja energía". Para someter a prueba esta hipótesis utilizaremos pequeños detectores de centelleo que nos permitan llevar a cabo un conteo detallado de la ocurrencia de estos sucesos como función del tiempo. A la vez, grabaremos el valor de campo magnético que nos reporte el Gaussímetro para posteriormente realizar los estudios de correlación con ayuda de la información sísmica que proporciona el Servicio Sismológico Nacional. Objetivos: • Objetivo General 1. Investigar las posibles correlaciones entre las mediciones del flujo de muones de baja energía, a nivel del suelo, y las variaciones en la medición del campo magnético local, junto con su asociación a los fenómenos sísmicos. • Objetivos Específicos 1. Estudiar los diferentes programas de simulación Monte Carlo que proveen información sobre la formación y arribo de los rayos cósmicos secundarios a la superficie terrestre, como pueden ser Aires, Corsika, Geant4, etc. 2. Realizar un estudio Monte Carlo para determinar la forma óptima que debe tener el material centellador para incrementar la sensibilidad del detector a muones de baja energía. Esto nos permitirá discriminar, por ejemplo, entre un cubo, un prisma o un cilindro para el diseño del detector. 3. Efectuar las compras del material y equipo requerido. 4. Comparar la respuesta a la luz de centelleo que tienen los tubos fotomultiplicadores y los diodos de avalancha, en modo Geiger, para determinar la mejor manera de leer la información del centellador. 5. Diseñar, construir, operar y mantener cinco estaciones de monitoreo de rayos cósmicos, variables geomagnéticas y, de ser posible, variables climáticas. 6. Diseñar, construir, operar y mantener el sistema autónomo para la adquisición de datos en cada estación de monitoreo. 7. Diseñar y operar la base de datos que nos permitirá realizar los estudios requeridos. 8. Desplegar el equipo experimental en cada estación de monitoreo. Por el momento se considera instalar equipos en León, Puebla, Morelia (por ser los centros de operación de esta propuesta). Con ayuda de algunos de nuestros colegas que residen en Colima y la Ciudad de México, también montaremos equipos en esas ciudades. 9. Realizar la toma de datos sin olvidar el constante mantenimiento de las estaciones monitoras. 10. Mantener una alerta permanente sobre la información que despliegue el Servicio Sismológico Nacional en su página web. 11. Analizar de manera crítica, desde diferentes perspectivas, los datos recabados. 12. Reportar los resultados obtenidos. En esta parte no sólo nos referimos a la publicación de artículos de investigación, los que pueden ser dos o tres (1 sobre el detector, y 1 ó 2 sobre las correlaciones), sino también a la presentación de los avances de la investigación en congresos. 13. Generar un programa de divulgación a nivel preparatoria, aprovechando las estancias de trabajo que los participantes realizarán a las diferentes sedes. Metas: • Metas Científicas 1. Determinar si existe o no una correlación entre la actividad sísmica y el flujo de muones sobre la superficie terrestre. 2. Medir continuamente el flujo de rayos cósmicos de baja energía. 3. Medir continuamente el campo magnético de la Tierra. 4. Medir continuamente las condiciones atmosféricas. 5. Estimar via Monte Carlo la forma óptima del detector de muones. 6. Estimar via Monte Carlo la respuesta del detector. 7. Estimar via Monte Carlo las posibles fuentes de incertidumbre. 8. Estimar el ruido de fondo del detector. • Metas para la Formación de Recursos Humanos 1. Al menos se graduará un estudiante de doctorado del IFUG. El Maestro en Ingeniería, Luis Jorge Arceo Miquel, tiene un rol preponderante en muchas de las actividades asociadas al proyecto, ya que participará en el diseño, construcción, operación y mantenimiento del sistema de monitoreo, así como en el análisis de los datos recabados. 2. Un estudiante de doctorado en física del IFM-UMSNH Hugo Raymundo Márquez Falcón está haciendo su tesis en estudios de anisotropía de rayos cósmicos de ultra alta energía con datos del Experimento Auger. El dedicará una fracción de su tiempo para cooperar en la puesta en marcha de los programas Monte Carlo. Se propone su incorporación formal al tercer año de ejecución del proyecto como investigador posdoctoral. 3. Por el momento se han involucrado a este proyecto tres estudiantes del último semestre de licenciatura del IFUG, Joel Tavera, José Antonio Hernández Valencia, y Leonel Alejandro Villanueva Ríos, quienes realizarán su tesis en base a la temática descrita en los objetivos específicos 1, 2 y 4, respectivamente. Ellos han manifestado que posteriormente ingresarán al programa de maestría del IFUG (en agosto 2009 ó enero 2010), por lo que podrían permanecer adscritos a la presente propuesta hasta su conclusión. 4. Pretendemos incrementar el impacto educativo de esta propuesta mediante la impartición de charlas de divulgación a nivel preparatoria, aprovechando la movilidad que los participantes tendrán durante la ejecución del proyecto. De este modo, la transferencia de información se realizará de manera directa no solamente a través de la participación de estudiantes graduados en el proyecto sino que también a través del hecho de llevar información científica fidedigna al nivel de los estudiantes preparatorianos, lo cual debiera no solamente reforzar la formación de ellos sino también generar interés para que elijan continuar sus estudios en carreras de alto nivel tecnológico y científico que tanto necesita México. 5. Los profesores asociados al proyecto nos comprometemos a escribir al menos un artículo de divulgación por año, en adición al trabajo descrito en el punto anterior. Metodología Científica: Para lograr el objetivo general planteado, debemos contar con tres elementos de información indispensables que son: por un lado, las mediciones continuas del (1) flujo de muones baja energía y (2) las componentes del vector campo magnético terrestre, y por otro, (3) la presencia y registro de actividad sísmica cercana a la ubicación de los instrumentos que registran los elementos 1 y 2. Como parte de esta investigación, nosotros proponemos el diseño, construcción y calibración de los instrumentos capaces de registrar el flujo de muones de baja energía. Para el registro del campo magnético terrestre proponemos comprar equipo comercial de bajo costo, como los que ofrece la compañía Vernier Software & Technology [22] que ya incluyen una interfase RS-232. Para el registro de la actividad sísmica tomaremos la información que proporciona el Servicio Sismológico Nacional [23] en su página web. Una vez que se han obtenido los elementos de información requeridos, se hace un muestreo estadístico de los datos para garantizar que, efectivamente, existen variaciones abruptas (en el tiempo) de la razón de conteo de muones de baja energía en concordancia temporal con variaciones del campo geomagnético, para posteriormene verificar la presencia cercana (en el espacio y el tiempo) de perturbaciones sísmicas reportadas por el Servicio Sismológico Nacional. • Descripción del detector de muones Nuestra propia experiencia nos indica que la forma geométrica del detector juega un papel de primera importancia en la optimización de su sensibilidad a determinado tipo de radiación, que resalta aún más cuando el flujo incidente es marcadamente anisotrópico. Para determinar la forma óptima emplearemos la técnica Monte Carlo, mediante el uso extensivo del conocimiento que se tiene sobre la generación y propagación de muones dentro de la atmósfera. Por otro lado, mediciones anteriores que hemos realizado en diferente contexto [24], nos permiten estimar la cantidad acumulada de muones de baja energía en el transcurso de un determinado lapso temporal. Por ejemplo, un detector cilíndrico de 700 cm2 de area y 30 cm de alto recibe alrededor de 1000 muones por minuto, de los cuales menos del 1% corresponden a aquellos que decaen dentro del detector. Si suponemos una taza de conteo de 1KHz y que se requieren 200 bytes para almacenar la información por suceso (lugar, fecha, hora, condición climática, valor del campo geomagnético y tiempo de vida del muon), entonces necesitamos un poco más de 200 Gigabytes para almacenar la información de dos años continuos de toma de datos. La electrónica requerida para leer la información del centellador dependerá si la luz se muestrea con fotomultiplicador o con fibra corredora de frecuencia pegada a un fotodiodo de avalancha. En el primer caso se debe disponer de fuentes de alto voltaje (3000V) mientras que solo se requieren cientos de volts para excitar el fotodiodo. En ambos casos, las señales de los sensores son del orden de decenas de milivolts en una ventana temporal de 20 a 30 nanosegundos, por lo cual se requiere de electrónica rapida de bajo ruido. Ya que tenemos experiencia con este tipo de dispositivos, proponemos empezar el diseño a partir de la electrónica utilizada en el Arreglo de Detectores de Superficie de la BUAP. Con esto, sólo debemos dscriminar entre el uso de fotomultiplidores o fotodiodos. La electrónica de control y adquisición de datos ha sido diseñada por Luis Villaseñor y se basa en un módulo principal de FPGA´s tipo Spartan,con comunicación usb, la compañía Xilinx. Este módulo principal controla la tarjeta digitalizadora de la señal de centelleo, la targeta del GPS (que proporciona la ubicación y la hora exacta en relación al UTC), el Gaussmetro y la tarjeta del clima. Por medio del puerto USB se realiza la transferencia de información a la computadora de adquisición de datos, para lo cual proponemos una pequeña netbook con conexión a internet, con la finalidad de transportar posteriormente los datos al servidor principal. Ya que pretendemos dotar al equipo de cierta autonomía, se construirán alojamientos de aluminio adecuados que soporten las inclemencias del tiempo, si fuera necesario. Grupo de Trabajo: • Instituciones Participantes 1. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla 2. Universidad de Guanajuato 3. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo • Integrantes Profesores 1. Humberto Antonio Salazar Ibarguen 2. Gerardo Moreno López 3. Luis Manuel Villaseñor Cendejas • Integrantes Estudiantes 1. M. en I. Luis Jorge Arceo Miquel (doctorado) 2. M. en C. Hugo Raymundo Márquez Falcón (doctorado) 3. José Antonio Hernández Valencia (licenciatura) 4. Joel Tavera (licenciatura) 5. Leonel Alejandro Villanueva Ríos (licenciatura) Infraestructura Disponible: Las tres instituciones participantes cuentan con sendos laboratorios de electrónica y detectores para el análisis de señales y adquisición de datos, a lo que se agregan talleres mecánicos que sin duda facilitarán la construcción de los detectores de centelleo propuestos y el armado de las estaciones de monitoreo. Las tres instituciones participantes también cuentan con la bibliografía pertinente (aunque siempre es deseable mantenerse al día con la adquisición de nuevos libros) y tienen conexiones de internet más o menos estables, lo que nos proporciona una rápida y eficiente consulta informática. Programa Anual de Actividades: • 2009 Año del Diseño y la Construcción 1. El joven Joel Tavera se enfocará a estudiar los diferentes programas de simulación Monte Carlo que proveen información sobre la formación y arribo de los rayos cósmicos secundarios a la superficie terrestre, como pueden ser Aires, Corsika, Geant4, etc. Su trabajo será la base de su tesis de licenciatura que le permitirá graduarse en el segundo semestre del año. Estará supervisado por el Profesor Luis Villaseñor. 2. El joven José Antonio Hernández realizará un estudio Monte Carlo para determinar la forma óptima que debe tener el material centellador para incrementar la sensibilidad del detector a muones de baja energía. Su trabajo será la base de su tesis de licenciatura que le permitirá graduarse en el segundo semestre del año. Estará supervisado por el Profesor Gerardo Moreno. 3. Gerardo Moreno solicitará al Departamento de Adquisiciones de la Universidad de Guanajuato efectuar las compras del material y equipo requerido. Asimismo, solicitará la colaboración y anuencia de los profesores Arnulfo Zepeda (Cinvestav) y Alfredo Aranda (U.Colima) para la instalación de monitores en sus respectivas instituciones de origen. 4. El joven Leonel Villanueva realizará estudios para comparar la respuesta a la luz de centelleo que tienen los tubos fotomultiplicadores y los diodos de avalancha. Su trabajo la base de su tesis de licenciatura que le permitirá graduarse en el segundo semestre del año. Estará será supervisado por el Profesor Humberto Salazar. 5. La participación del M. en C. Hugo Raymundo Márquez Falcón como estudiante doctoral, bajo la asesoría del Profesor Luis Villaseñor, será de tiempo parcial durante el inicio del proyecto. El Maestro Márquez apoyará la puesta en marcha de los programas de simulación y brindará asesoría sobre el comportamiento de los muones en medios materiales. 6. La participación del M. en I. Luis Jorge Arceo como estudiante doctoral, bajo la asesoría del Profesor Gerardo Moreno, se ramifica en varias direcciones. Al inicio del proyecto será el responsable de diseñar y construir el sistema autónomo de adquisición de datos. Participará también en la construcción del sistema de detección e iniciará estudios Monte Carlo para calibrar la respuesta de los detectores a la presencia de muones de baja energía. 7. Los investigadores participantes dictarán charlas de divulgación, con temas asociados a la propuesta, en algunas escuelas preparatorias de las diferentes ciudades de origen. 8. Tanto los estudiantes como los profesores de esta propuesta tendrán la oportunidad de presentar los resultados de sus estudios en los congresos que en el transcurso del año organice la División de Partículas y Campos de la SMF. • 2010 Año de la Operación y el Mantenimiento 1. Los involucrados en esta propuesta instalarán las estaciones monitoras en los lugares elegidos y las dejarán dispuestas para la toma automatizada de datos. 2. Se envía a publicación un artículo con la descripción del sistema monitor. 3. Se mantendrá un programa de alerta sobre el correcto funcionamiento de las estaciones monitoras para que en su caso, se tomen las medidas correctivas pertinentes. 4. Los investigadores participantes continuarán su programa de charlas de divulgación, con temas asociados a la propuesta, en algunas escuelas preparatorias de las diferentes ciudades donde se ubican las estaciones de monitoreo. 5. El M. en I. Luis Jorge Arceo continúa su programa doctoral con estudios Monte Carlo para calibrar la respuesta de los detectores a la presencia de muones de baja energía. También empezará la escritura de su tesis mientras realiza el análisis de los datos que se vayan recabando. 6. En caso de que los estudiantes que concluyeron su licenciatura permanezcan dentro esta colaboración, se enfocarán al estudio de las variaciones geomagnéticas que se registren en las diferentes ubicaciones de los equipos de monitoreo. 7. Tanto los estudiantes como los profesores de esta propuesta tendrán la oportunidad de presentar los resultados de sus estudios en los congresos que en el transcurso del año organice la División de Partículas y Campos de la SMF. • 2011 Año de la Operación, el Mantenimiento y el Análisis 1. Los involucrados en la propuesta continúan la toma automatizada de datos, verificando el correcto funcionamiento de las estaciones monitoras para que en su caso, se tomen las medidas correctivas pertinentes. 2. Se une a la colaboración como Investigador Posdoctoral el joven Dr. Hugo Raymundo Márquez Falcón quien participará en el análisis de datos geomagnéticos. 3. Se analizan los datos para observar variaciones abruptas temporales en las tazas de conteo de muones de baja energía y se busca una posible correlación con variaciones en la magnitud del campo geomagnético, así como en sucesos sísmicos reportados por el Servicio Sismológico Nacional. 4. Se estudian alternativas para verificar la validez de los datos obtenidos. El análisis respectivo se envía a publicación. 5. El M. en I. Luis Jorge Arceo concluye la escritura de su tesis doctoral, misma que defenderá antes de que concluya el segundo semestre del año. 6. Los investigadores participantes continuarán su programa de charlas de divulgación, con temas asociados a la propuesta, en algunas escuelas preparatorias de las diferentes ciudades donde se ubican las estaciones de monitoreo. 7. Tanto los estudiantes como los profesores de esta propuesta tendrán la oportunidad de presentar los resultados de sus estudios en los congresos que en el transcurso del año organice la División de Partículas y Campos de la SMF. Presupuesto: • Gasto corriente Gasto Corriente Rubros Montos Requeridos por Cuatrimestre (en miles de pesos) C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 Totales Primer Año Segundo Año Tercer año 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Justificación: pago de posters y posibles gastos de traslado. Apoyo a la formacion de recursos humanos 60 30 Justificación: 3 becas de licenciatura por seis meses c/u: $5,000*3*6=$90,000. Cuotas de inscripción - 20 20 - 20 20 - 20 20 Justificación: $5000 por participante (8) para dos eventos anuales de la SMF. Estancias académicas 15 15 15 15 15 15 15 15 15 Justificación: Pasajes y viáticos para visitas mutuas entre los participantes. Estancias Posdoctorales - 80 80 80 Justificación: salario de un postoc en el último año para realizar análisis de datos. Gastos de trabajo de campo - 60 10 10 10 10 10 45 Actividades de difusión 90 120 135 240 110 Justificación: visitas a la Cd de México y Colima para instalación y mantenimiento del equipo. 30 5 5 5 5 5 5 5 5 70 Justificación: compras de circuitos y partes electrónicas. Pasajes - 20 20 - 20 20 - 20 20 120 Justificación: $5000 por participante (8) para el traslado a dos eventos anuales de la SMF. Publicaciones - 20 20 Justificación: Gastos de publicación de artículos científicos en el último año. Software 50 50 Justificación: compra del software VNC para acceso remoto via internet. Viáticos - 20 20 - 20 20 - 20 20 120 Materiales de uso directo Justificación: $5000 por participante (8) para comida y hotel en dos eventos anuales de la SMF. GRAN TOTAL 1120 • Gasto de inversión Gasto de Inversión Rubros 1 Montos Requeridos por Cuatrimestre (en miles de pesos) 2 3 4 5 6 7 8 9 Totales Primer Año Segundo Año Tercer año 120 - 30 100 - - - - Justificación: al inicio del proyecto se solicita la compra de 8 laptops (a un costo estimado de $12,750 c/u) y 3 netbooks (a un costo estimado de $6,000 c/u), las laptops servirán para correr montecarlos y programas de análisis, y las netbooks servirán para las presentaciones de divulgación. Hacia el final del año se comprarán otras cinco netbooks que serán el cerebro para la adquisición y distribución de datos de cada sistema monitor. Al iniciar el segundo año se requerirá almacenar y poner en línea la información del monitoreo, para lo que solicitamos la compra de un servidor tipo PowerEdge a un costo estimado de $100,000. Fuentes de alto voltaje - - 50 - - - - - Justificación: se requieren fuentes de alto voltaje para el funcionamiento de los fotomultiplicadores o diodos de avalancha. Fuentes reguladas - - 25 - - - - - Justificación: Se instalarán fuentes reguladas para proveer la energía requerida que asegure el buen funcionamiento de la electrónica Módulos GPS - - 25 - - - - - Justificación: Los módulos GPS son esenciales para fechar el momento preciso en que ocurren los sucesos del arribo de muones. Tarjetas para programación VHDL 40 - - - - - Justificación: Estos elementos constituyen la base para el control de las diferentes señales involucradas: centelladores, GPS, estado del clima. Placa de aluminio 50 - - - - - Justificación: Será utilizada para construir el albergue de cada uno de los sistemas de monitoreo. Material centellador 140 - - - - - Justificación: Constituye la base del sistema detector dentro del proyecto. Fotomultiplicadores 70 - - - - - Justificación: Constituye la base del sistema detector dentro del proyecto. Fotodiodos y fibra corredora de frecuencia 30 - - - - - Justificación: Constituye la base del sistema detector dentro del proyecto. 250 GRAN TOTAL 680 Equipo de cómputo 50 25 25 40 50 140 70 30 Resultados Entregables: • • • • • • Publicaciones 1. Estimamos publicar al menos tres artículos de investigación, los que pueden ser uno sobre la caracterización del detector y 1 dos sobre los estudios físicos de las correlaciones. Graduados 1. Dos doctores en ciencias: Luis Jorge Arceo Miquel y Hugo Raymundo Márquez Falcón. 2. Tres estudiantes de licenciatura: Joel Tavera, Leonel Villanueva y José Antonio Hernández. 3. En caso de que los estudiantes anteriores continúen en el proyecto, también tendremos tres graduados de maestría. Artículos de divulgación 1. Cada uno de los investigadores nos comprometemos a escribir al menos un artículo de divulgación por año, dando un mínimo total de nueve. Base de datos 1. Una vez que se haya realizado la adquisición de datos, los pondremos a disposición de las personas interesadas a través de la red internet por medio del portal del IFUG. Presentaciones en congresos 1. Informaremos a la comunidad sobre el avance y resultados de nuestras investigaciones dentro del marco de la "Reunión Anual de Partículas y Campos" y la "Escuela o Taller Mexicano de Partículas y Campos", que son eventos anuales organizados por la Division de Partículas y Campos de la SMF. Pretendemos realizar al menos cuatro presentaciones anuales (dos por evento). Otros 1. Los cinco equipos de monitoreo podrán continuar dando el servicio en donde hayan sido ubicados, siempre y cuando exista el compromiso formal de darle mantenimiento por parte de quien lo quiera alojar. Referencias: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. JA Simpson, Ann. Rev. Nucl. and Part. Sci. 33, 323 (1983). W-M. Yao et al., Journal of Physics G 33, 1 (2006). W. Menn et al., Astrophys. J. 533, 281 (2000). R. Bellotti et al., Phys. Rev. D60, 052002 (1999). AMS Collaboration, Phys. Lett. B490, 27 (2000). T. Sanuki et al., Astrophys. J. 545, 1135 (2000). S. Haino et al., Phys. Lett. B594, 35 (2004). J.J. Engelmann et al., Astron. & Astrophys. 233, 96 (1990); ver también: Cosmic Abundances of Matter (ed. C. Jake Waddington) AIP Conf. Proc. No. 183 (1988), p. 111. 9. The Auger Collaboration, The Pierre Auger Project Design Report, FERMILAB-PUB-96-024, 252pp, January 1996, http://www.auger.org/. 10. R. Bellotti et al., Phys. Rev. D53, 35 (1996). 11. M. Boezio et al., Phys. Rev. D62, 032007 (2000). 12. S. Coutu et al., Phys. Rev. D62, 032001 (2000). 13. TK Gaisser, Cosmic Rays and Particle Physics, Cambridge University Press (1990). 14. Aleksandrin, S.Yu. et al, Origin of highenergy charged particle bursts in the near-Earth space. In: Proceedings of the ICRC 2001, pp. 4144–4147. 15. Johnston, M.J.S., Mueller, R.J., Seismomagnetic observations during the 8 July 1986 magnitude 5.9 North Palm Springs earthquake. Science 237, 1201–1203 (1987). 16. Varotsos, P., Alexopoulos, K., Lazaridou, M., Nagao, Earthquake predictions issued in Greece by seismic electric signals since February 6, 1990. Tectonophysics 224, 269–288 (1993). 17. Bernabe, Y., Streaming potential in heterogeneous network. Journal of Geophysical Research 103, 20827–20841 (1998). 18. Draganov, A.B., Inan, U.S., Taranenko, Y.N., ULF magnetic signatures at the Earth surface due to the ground water flow: a possible precursor to earthquakes. Geophysical Research Letters 18, 1127–1130 (1991). 19. Gokhberg, M.B. et al., Study of seismic influence on the ionosphere by super long-wave probing of the Earth-ionosphere waveguide. Physics of the Earth and Planetary Interiors 57, 64–67 (1989). 20. Parrot, M. et al., High frequency seismo-electromagnetic effects. Physics of the Earth and Planetary Interiors 77, 65–83 (1993). 21. Rodger, C.J., Dowden, R.L., Thomson, N.R., Observations of electromagnetic activity associated with earthquakes by low-altitude satellites. In: Hayakawa, M. (Ed.), Atmospheric and Ionospheric Electromagnetic Phenomena Associated with Earthquakes. TERRAPUB, Tokyo, pp. 697–710 (1999). 22. http://www.vernier.com/probes/probes.html 23. http://www.ssn.unam.mx/ 24. J. Estévez, L. Villaseñor, A. González y G. Moreno, Medición de la razón de muones positivos a negativos en la radiación cósmica secundaria, Rev. Mex. Fís. vol 42, p649-662 (1996).