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Guanajuato Small Particle Detector(Español)

GUANAJUATO SMALL PARTICLE DETECTOR(Español)




(PEQUEÑO DETECTOR DE PARTÍCULAS DE GUANAJUATO)



Proponentes: Dr. Julian Félix, Dr. Edgar Valencia. Laboratorio de Partículas Elementales, División de Ciencias e Ingenierías, Campus León. Universidad de Guanajuato.

Resumen. En el laboratorio de partículas elementales, del departamento de física, de la División de ciencias e Ingenierías, Campus León, de la Universidad de Guanajuato, hemos estado desarrollado la tecnología de detección de partículas ionizantes a base de metales. Uno de ellos es un detector a base de barras de metal para posicionar la radiación ionizante tipo rayos cósmicos o radiación proveniente de haces, tipo Fermilab Test Beam Facility (https://ftbf.fnal.gov/).

Este dispositivo está diseñado para detectar radiación ionizante en general, y en particular rayos cósmicos. La invención es original en la idea, en el diseño y en la construcción. Está basado en una tarjeta electrónica de ocho canales de detección, cada uno basado en una barra metálica de 1.1 cm X 1.1 cm X 11.5 cm (Cu, Al, Pb), encapsuladas con cinta de aislar eléctrica. Las barras son intercambiables. A cada una se le aplica un voltaje transversal entre 0 V y 2000 V. Las señales analógicas son obtenidas, probablemente de rayos cósmicos, como se ven en el osciloscopio, se parecen a las obtenidas con un tubo fotomultiplicador. Las amplitudes observadas son monotónicamente crecientes como función del alto voltaje.

Proponemos en este proyecto mejorar el equipo de detección de 16 canales; colocar dos veto detectores discriminadores de señales a base de plásticos centelladores; caracterizar los 18 canales de detección a base de barras metálicas; colocar el detector en la línea del haz de partículas de FERMILAB; calibrar el detector usando la información obtenida al colocar el detector en la línea del haz de partículas del Fermilab Test Beam Facility. Tomar datos por largos periodos con rayos cósmicos. Estudiar el flujo de rayos cósmicos como función del tiempo transcurrido a lo largo del año. 

Instalarlo en el laboratorio de partículas elementales de la Universidad de Guanajuato, y operarlo por largo periodos. Obtener un mapa del flujo de rayos cósmicos a lo largo del año.

Introducción.

En el Laboratorio de Partículas Elementales de la DCeI, CL, Universidad de Guanajuato (http://laboratoriodeparticulaselementales.blogspot.mx/) desarrollamos proyectos de investigación, docencia y divulgación en física de altas energías experimental. Recientemente lo hemos remodelado, ver el blog del laboratorio. 15 estudiantes pueden trabajar simultánea y cómodamente. Colaboramos en varios experimentos internacionales desde 1990. Actualmente colaboramos con MINERvA (http://minerva.fnal.gov) y DUNE (http://www.dunescience.org).

Planeamos, diseñamos, construimos y probamos detectores de radiación, especialmente radiación cósmica. Especialmente he desarrollado una técnica de detección de radiación, especialmente rayos cómicos, basada en metales. La técnica está bajo estudio. Hemos desarrollado cerca de 10 prototipos diferentes basados en metales para la detección de radiación.  







Antecedentes.

En el verano del 2017, del 16 de Julio al 19 de Agosto, los estudiantes (–un doctoral (Luis Arceo), dos de maestría (Miguel A. Hernández, Diego A. Aldana), y seis pasantes de licenciatura (María L. Rodríguez, Everardo Granados, Oscar Moreno, Karla Herrera, Raúl Gutiérrez, Francisco J. Rosas)-)   de la División de Ciencias e Ingenierías, Campus León, y el Dr. Julián Félix, profesor de esta División, realizaron una estancia académica en Fermilab. Probamos el detector descrito en el resumen en el Fermilab Test Beam Facility. El diseño y la construcción son originales. El prototipo fue evaluado por el comité de seguridad del Fermilab Test Beam Facility. Pasó las pruebas y obtuvimos los permisos para operarlo en el Test Beam Facility.  



De Agosto a Diciembre, 2017, y 2018, el grupo continuó trabajando en el desarrollo del detector en el laboratorio de partículas elementales. Aprendimos mucho sobre las condiciones de seguridad de Fermilab. La modificación substancial hecha al detector es el sistema de afinación de los voltajes aplicados en cada barra de detección, y un sistema de Veto de dos canales y operarlo como un detector de 18 canales de posición de rayos cósmicos.

En el 2019, del 12 al 25 de Mayo, un grupo formado por Diego Andrade Aldana, Oscar Moreno, Francisco Rosas, Everardo Granados (estudiantes) y Julian Felix (profesor) volvió al Fermilab Test Beam Facility a ensamblar y operar el Detector de rayos cósmicos a base de metales de 18 canales. El prototipo fue evaluado por el comité de seguridad del Fermilab Test Beam Facility. Pasó las pruebas y obtuvimos los permisos para operarlo en el Test Beam Facility. Es un logro técnico y científico del grupo del laboratorio de partículas elementales de la Universidad de Guanajuato. Le llamamos GUANAJUATO SMALL PARTICLE DETECTOR.



Hipótesis y preguntas por responder.

Los metales como el Al, Pb, Cu, Fe, y otros pueden ser usados como detectores de radiación, en especial la radiación cósmica.

¿Cómo depende la eficiencia de detección como función del espesor del material, del tipo de material, de la pureza del material, del número atómico, de la densidad del material?



Objetivos.

  1. Mejorar el Sistema de detección. Agregar un circuito eléctrico para aplicar individualmente voltajes a las barras detectoras.
  2. Mejorar el sistema de adquisición de datos.
  3. Estudiar el sistema de detección para obtener el voltaje óptimo de operación de las barras detectoras, 18 canales.
  4. Incorporar dos veto-detectores al sistema. Uno antes del haz y otro después del haz.
  5. Caracterizar los dos veto-detectores, dos canales.  
  6. Operar el sistema de detección de 18 canales.
  7. Colocar el sistema de detección de 18 canales en la línea del haz de partículas de Fermilab. Verificar que se tiene detección de partículas. Estudiar la respuesta del detector a diferentes partículas con diferentes energías.  
  8. Operar el detector de partículas con rayos cósmicos por largos periodos. Medir flujos e intensidades de partículas cósmicas como función del tiempo.              



Metas.

  1. Mejorar el detector de partículas.
  2. Mejorar el sistema de adquisición de datos.
  3. Operar el detector en la línea del haz de partículas de Fermilab.
  4. Calibrar el detector de partículas.
  5. Escribir reportes técnicos.
  6. Escribir al menos dos artículos de investigación tipo Nuclear Instruments.
  7. Escribir un artículo de enseñanza.
  8. Presentar los resultados de investigación en varios congresos nacionales, e internacionales, de física.
  9. Escribir un libro sobre la técnica de detección para publicarse en WSc.



Metodologías.

Se trabajará en el laboratorio de partículas elementales de la DCeI, CL. Y en el Fermilab Test Beam Facility. Se usarán fuentes de electrones, protones, piones, neutrones de varias energías.

Se harán pruebas eléctricas.

Se capturarás datos usando un sistema de adquisición de datos tipo CompacRio de NI.

Se harán los análisis datos usando ROOT de CERN. 



Grupos de trabajo, Participantes e instituciones.

Julian Felix. Profesor. UGTO.

Edgar Valencia. Podoctoral. UGTO. Coordinador del proyecto.

Luis Arceo. Doctoral. UGTO.

Miguel A. Hernández. ITC.

Diego A. Aldana. Doctorado. UGTO:

Everardo Granados. Doctorado. UGTO.

José Luis Bonilla. Doctorado. UGTO.

Oscar Moreno. Maestría. UGTO.

Karla Herrera. Maestría. UGTO.

Raúl Gutiérrez. Maestría. UGTO.

Francisco J. Rosas. Maestría. UGTO.

Paloma Cimental. Maestría. UGTO.

Carlos Cervantes. Licenciatura. UGTO.

Noemí Moreno Hernández. Licenciatura. UGTO.





Programa de actividades. Etapas anuales.

PRIMER AÑO.

ETAPA 1. Tres meses. Preparación del equipo.

ETAPA 2. Tres meses. Preparación del equipo.





SEGUNDO AÑO.

ETAPA 1. Por definir. Operación del detector en el laboratorio de partículas elementales de la DCeI, CL.

ETAPA 2. Por definir. Operación del detector en el laboratorio de partículas elementales de la DCeI, CL.

ETAPA 3. Por definir. Segunda operación Operación de detector en Fermilab Test Beam Facility.

ETAPA 4. Por definir. Operación del detector en el laboratorio de partículas elementales de la DCeI, CL.



Presupuesto Global justificado. Gasto de inversión y gasto corriente.

Por definir. Se buscan fuentes internacionales de financiamiento.

Requerimientos: $5000 000.00 pesos en equipo. $2 000 000 pesos en gasto corriente.



Resultados entregables esperados. (artículos científicos; alumnos graduados; libros o capítulos de libros; bases de datos; artículos de divulgación científica; patentes; otros)

Estudiantes graduados.

Dos o tres artículos publicados.

Un libro de divulgación.

Dos artículos de divulgación.

Una o dos patentes en proceso.



Bibliografía.

[1]. Araujo A., J. Felix. Design, construction, characterization, and use of a detector to measure time of flight of cosmic rays. VIII International Congress of Engineering Physics IOP Publishing. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 792 (2017) 012025 doi:10.1088/1742-6596/792/1/012025.

[2]. K. N. Herrera-Guzman, R A Gutierrez-Sanchez, J. Felix. Four channel Cosmic Ray detector based on polymaq. VIII International Congress of Engineering Physics IOP Publishing. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 792 (2017) 012045 doi:10.1088/1742-6596/792/1/012045.

[3]. F. J. Rosas Torres, M A Hernández Morquecho, J. Sánchez Sánchez, J. Félix. Design, construction, characterization, and operation of a hybrid cosmic rays detector based on an electron gas. VIII International Congress of Engineering Physics IOP Publishing. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 792 (2017) 012036 doi:10.1088/1742-6596/792/1/012036.

[4]. Julian Félix, Everardo Granados, Oscar Moreno. Design, construction and characterization of a mini cosmic ray spectrometer. J. Phys. Conf. Ser. 761 (2016) No. 1, 012024. DOI: 10.1088/1742-6596/761/1/012024.

[5]. A. C. Araujo, J. Félix. Design, construction, characterization and use of a detector to measure time of flight of cosmic rays. J. Phys. Conf. Ser. 761 (2016) no.1, 012023. DOI: 10.1088/1742-6596/761/1/012023.

[6]. Oscar Eduardo Moreno Palacios, Everardo Granados Vázquez, Julián Félix Valdez. Construcción, caracterización y aplicaciones científicas de un mini espectrómetro de rayos cósmicos. JÓVENES EN LA CIENCIA, vol 2, núm. 1, 2016.

[7]. Diego Armando Andrade Aldana, Julián Félix Valdez. Detector Híbrido De Rayos Cósmicos De 24 Canales. JÓVENES EN LA CIENCIA, vol 2, núm. 1, 2016.

[8]. Gerardo de Jesús Rodríguez Becerra, Jordan de Jesús Ortiz Villanueva, Julián Félix Valdez. Detección y Estudio de Rayos Cósmicos. JÓVENES EN LA CIENCIA, vol 2, núm. 1, 2016.

[9]. Jonathan Ulises Álvarez Martínez, Julián Félix Valdez. Física De Neutrino En El Experimento Minerva. JÓVENES EN LA CIENCIA, vol 2, núm. 1, 2016.

[10]. Aurora Cecilia Araujo Martínez, Julián Félix Valdez. Diseño, Construcción Y Caracterización De Un Dispositivo Para Generar Un Campo Magnético Uniforme. Detector Híbrido De Rayos Cósmicos De 24 Canales. JÓVENES EN LA CIENCIA, vol 2, núm. 1, 2016.

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