Curso de Astropartículas y Rayos Cósmicos.

Los rayos cósmicos (CR) tienen una posición central en muchos problemas astrofísicos importantes, desde el sistema solar hasta los cúmulos de galaxias. Representan un testimonio sobre las condiciones en los objetos más extremos del Universo y juegan un papel clave en la física y química del medio interestelar (ISM), con consecuencias que van desde la formación de estrellas y campos magnéticos galácticos hasta la producción de elementos ligeros.

Los estallidos de radiación de alta energía son comunes en nuestro Universo. Desde llamaradas solares cercanas hasta explosiones distantes de rayos gamma, una variedad de procesos físicos aceleran las partículas cargadas a una amplia gama de energías, que posteriormente llegan a la Tierra. Estas partículas contribuyen a una serie de procesos físicos que ocurren en el sistema terrestre. Una gran fracción de la energía de las partículas cargadas se deposita en la atmósfera, ionizando la atmósfera, provocando cambios en su química y afectando el circuito eléctrico global. Las partículas secundarias restantes contribuyen a la dosis de fondo de rayos cósmicos en la superficie y partes de la región del subsuelo. También se sabe que los secundarios de los rayos cósmicos dañan el ADN y causan mutaciones, lo que provoca cáncer y otras enfermedades. Ahora es posible calcular las dosis de radiación de partículas secundarias, en particular muones y neutrones. ¿Han afectado las variaciones en el flujo de rayos cósmicos la evolución de la vida en la tierra?

El curso proporciona una descripción general de la física de astropartículas, con énfasis en técnicas experimentales y teóricas de uso común tanto en física de partículas como en astrofísica de rayos cósmicos. El curso cubre la física de los rayos cósmicos, detectores, flujos de partículas de rayos cósmicos y experimentos con rayos cósmicos.

Al finalizar el curso el alumno habrá entendido:

• Conocimientos teóricos básicos de los temas tratados;
• Características comunes de las medidas en la física de rayos cósmicos en atmósfera y subterráneos, así como su problemática;
• Ideas de diseño y principios de funcionamiento utilizados en la física de astropartículas;
• Métodos utilizados para el análisis de datos en varios experimentos de física de astropartículas;
• Principales resultados experimentales de los últimos años en física de astropartículas, su análisis crítico e implicaciones.

El contenido del curso se desarrollará en tres módulos como se expresan a continuación.

• MÓDULO 1. Una descripción general de la física de las astropartículas. Rayos cósmicos. Rayos gamma de energías GeV y TeV. Astrofísica de neutrinos. Laboratorios y Detectores para Física de Astropartículas. Experimentos espaciales. Experimentos en la atmósfera. Experimentos terrestres. Laboratorios subterráneos para eventos raros.
• MÓDULO 2. Los rayos cósmicos y nuestra galaxia. El descubrimiento de los rayos cósmicos. Rayos cósmicos y los primeros días de la física de partículas. El descubrimiento de los detectores de positrones y partículas. El movimiento en un campo magnético y la rigidez de las partículas. La identificación del positrón. Flujo diferencial e integral. El espectro energético de los rayos cósmicos primarios. Las propiedades físicas de la galaxia. El campo magnético galáctico. La distribución de la materia interestelar. Rayos cósmicos de baja energía del sol. El efecto del campo geomagnético. Número y densidad energética de los rayos cósmicos. Consideraciones energéticas sobre fuentes de rayos cósmicos.
• MÓDULO 3. Detección directa de rayos cósmicos: protones, núcleos, electrones. Generalidades sobre medidas directas. La técnica calorimétrica. Longitud de la interacción hadrónica y camino libre medio. La longitud de la radiación electromagnética. Longitud de la interacción hadrónica y camino libre medio en la atmósfera. Experimentos con globos. Experimentos de satélite. El Experimento PAMELA. El Experimento AMS-02 en la Estación Espacial Internacional. Abundancia de elementos en el Sistema Solar y en rayos cósmicos. Abundancias cósmicas de elementos. Espectro energético de protones y núcleos.
• MÓDULO 3. Muones atmosféricos y muografía. Nucleones en la atmósfera. Mesones secundarios en la atmósfera. Muones y neutrinos de la desintegración de mesones cargados. El flujo de neutrinos atmosféricos convencionales. El flujo de muones y el flujo de partículas a nivel del mar. Mediciones de muones a nivel del mar. Muones subterráneos. La relación profundidad-intensidad. Características de los muones subterráneos/submarinos. Experimentos iniciales. Experimentos de muografía: MURAVES , MU-RAY, CALICE, TOMUVOL, DIAPHANE, AMIGA, MUTE, etc.

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