Detectores de Fluorescencia

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En lugar de detectar las partículas de la lluvia cósmica al llegar a la superficie terrestre, el observatorio de fluorescencia registra el paso de la cascada por la atmósfera. Una lluvia de rayos cósmicos de la mayor energía contiene aproximadamente 1011 (cien mil millones) de partículas, que surcan la atmósfera a una velocidad cercana a la de la luz. Estas partículas chocan con las moléculas del aire excitando sus estados electrónicos los que, al desexcitarse, producen luz de la misma forma que lo hace una lámpara de neón. Aproximadamente el 0,005% de la energía de un rayo cósmico se convierte en luz fluorescente, lo que equivale a la luz emitida por un foco de unos 25 vatios, que atraviesa la atmósfera a la velocidad de la luz en 1/100000 de segundo. La fluorescencia producida es mayoritariamente luz ultravioleta.

Para detectar esta fluorescencia hay cuatro edificios de telescopios en la periferia del arreglo de superficie llamados: Los Leones, Coihueco, Los Morados y Loma Amarilla, abarcando cada uno un ángulo de 180º con seis telescopios que observan un ángulo de 30º cada uno.

Cada telescopio consta de un espejo esférico, que concentra la luz de su área de visión sobre una cámara. Su principio de funcionamiento es como de una cámara digital: posee 440 pixeles, en un arreglo de 22x20. Cada píxel es un tubo fotomultiplicador, de unos 4,5 cm de diámetro, sensible a la luz ultravioleta.

Los telescopios tienen una óptica de tipo Schmidt, es decir, con una lente para corregir la aberración por coma y un diafragma de apertura. Además, en la apertura existe un filtro que solo deja pasar luz ultravioleta, para reducir la luminosidad de fondo.

El telescopio de fluorescencia solo puede operar cuando la luz de fondo es mínima, esto es, en noches despejadas sin luna. Sin embargo, la información que provee es extremadamente valiosa, ya que proporciona una medición directa de la luz que la lluvia deja en su paso por la atmósfera, lo que permite reconstruir con alta precisión la energía del rayo cósmico primario. Este dato permite calibrar el detector de superficie. También proporciona una muy buena medición del plano formado por la dirección de arribo del rayo cósmico y el observatorio.

Para una buena determinación de la energía, es importante conocer la atenuación atmosférica por lo que se requiere un complejo sistema de monitoreo atmosférico llamado Lidar (Light Detection and Ranging), basado, entre otras cosas, en un sistema de láser pulsado y análisis de la señal dispersada por la atmósfera.

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