Detectores de Fluorescencia

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 22×20. 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.



Telescopio Lidar

¿Qué es un Tubo Fotomultiplicador?

La luz ultravioleta generada por el efecto Cherenkov en el agua por los detectores de superficie o la fluorescencia en el aire que detectan los telescopios de fluorescencia, es muy débil para ser medida por los circuitos electrónicos. Por ello, se utiliza un tubo fotomultiplicador (PMT) que además de funcionar como transductor, funciona como amplificador. Es decir, que a partir de una débil luz, se genera una corriente eléctrica fácilmente medible.

Se llama fotomultiplicador a un tipo de detector óptico de vacío que aprovecha el efecto fotoeléctrico (descubierto por Albert Einstein) de emisión secundaria de electrones para responder a niveles muy bajos de iluminación, manteniendo un nivel de ruido aceptable. Los fotomultiplicadores han visto reducirse grandemente sus aplicaciones, quedando prácticamente reducidas a los detectores de partículas, basados en la radiación de Cherenkov.

Un fotomultiplicador está compuesto de un fotocátodo, que emite electrones cuando sobre él inciden fotones de energía adecuada. Un campo eléctrico acelera estos electrones y los dirige hacia un ánodo, que en estos tubos recibe el nombre de dínodo. La energía de los electrones incidentes provoca la emisión un número mayor de electrones secundarios que son dirigidos hacia un segundo dínodo. El número de dínodos y su disposición varía con el modelo de fotomultiplicador.

La señal eléctrica contiene información valiosa sobre los efectos de los rayos cósmicos en la materia.