Raios Cósmicos: Mensageiros do nosso universo

Raios Cósmicos: mensageiros do nosso Universo Maria Luísa Arruda LIP – Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas [email_address]

Conteúdos ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

Astropartículas: o que se estuda? ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Astropartículas: o que se estuda? 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

Há 400 anos: Galileu Galilei 21-11-2009 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Hoje: Astrofísica com 4 mensageiros ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],Mensageiros por excelência! Mas agora não os únicos...

Hoje: Astrofísica com 4 mensageiros ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object]

Hoje: Astrofísica com 4 mensageiros ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[Ainda não detectadas]

Há 100 anos... raios cósmicos? Começaram as experiências precursoras para a descoberta da radiação cósmica ,[object Object],[object Object],[object Object],80 m: fluxo/2 3.5 iões/cm 3 325 m: fluxo/15 => 0.4 iões/cm 3 esperados

I Semana Europeia da Astrofísica 21-11-2009 ,[object Object],[object Object],[object Object]

1911-1913: Os voos de Hess 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) O austríaco Victor Hess decidiu medir a radiação fazendo 10 voos num balão de ar quente a altitudes de cerca de 5 km. 7 de Agosto de 1912 Início: Aussig 06:12 Fim: Pieskow 12:15

Observações de Hess ,[object Object],[object Object],[object Object],Conclusão: A radiação deve provir do exterior da Terra e não do seu interior!! Voo com réplica do electroscópio de Wulf usado por Hess por ocasião da comemoração do 90º aniversário da descoberta dos raios cósmicos (Snowmass, Colorado, EUA, 8/7/2001).

21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

17 anos de reflexão 21-11-2009 ,[object Object],[object Object],[object Object]

Campo Magnético: efeito 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

Câmara de nuvens – câmara de Wilson 21-11-2009 1927 – Wilson, juntamente com Compton, recebe o prémio Nobel pela invenção da câmara de nuvens . Dispositivo fechado contendo vapor de água ou álcool. Quando uma partícula carregada a atravessa ioniza a mistura. Os iões resultantes actuam como núcleos de condensação . Para o mesmo momento, partículas mais pesadas têm maior poder ionizante dando origem a traços mais densos. Um campo magnético é aplicado.

- Descoberta do positrão (previsto pela equação de Dirac) - Descoberta do muão (partícula inesperada –” Quem encomendou o muão?” - Isidor Rabi) ,[object Object],[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) Revolução na física de partículas:

1932, descoberta do positrão (e + ) 21-11-2009 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

1937, descoberta do muão (  ) 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Anderson e Neddermeyer transportaram a câmara de nuvens para a montanha (Peak mountain)

1947, descoberta do pião (  ) 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) C. Powell Emulsão fotográfica Descoberto por C. Lattes, G. Occhialini e C. Powell em placas fotográficas expostas no Pic du Midi a 3000m de altitude (         e

1938, Pierre Auger descobre os chuveiros de partículas 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

O que são então os raios cósmicos? ,[object Object],L. Arruda (luisa@lip.pt) Máxima energia detectada 3x10 20 eV!! [Neutrinos, raios gama] Protões ~95% Hélios ~4% Núcleos mais pesados ~1% electrões <1% positrões 0.1% antiprotões 0.01%

Raios cósmicos secundários 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Eles andam aí... 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) Em cada minuto há cerca de 1000 (!) raios cósmicos carregados (muões) que nos atravessam.

Composição nuclear dos RC na Galáxia e Sistema Solar 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Espectro dos raios cósmicos: uma das 7 maravilhas do mundo físico! 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) Fluxo de raios cósmicos versus Energia Fluxo = Número /Tempo/Área/ângulo sólido

Espectro dos raios cósmicos: uma das 7 maravilhas do mundo físico! 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],Fluxo de raios cósmicos versus Energia Fluxo = Número /Tempo/Área/ângulo sólido 10 9 eV 10 21 eV

Espectro dos raios cósmicos: uma das 7 maravilhas do mundo físico! 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Fluxo de raios cósmicos versus Energia Fluxo = Número /Tempo/Área/ângulo sólido 10 9 eV 10 21 eV 10 4 partículas/m 2 /s 1 partícula/km 2 /século

Efeito GZK ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

Raios cósmicos ,[object Object],[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) Partícula carregada + campo magnético = Deflexão! Campos Magnéticos Galácticos: alguns μG (microGauss)

Modulação Solar ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) Modulação solar Ciclo das manchas Solares Intensidade dos RC

21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) Uma visão antropomórfica do mesmo espectro

[object Object],Origem dos Raios cósmicos Acima do ankle R>R galáxia RC escapam para o halo galáctico Origem galáctica Origem extragaláctica  ~2.7  ~3.0  ~2.8 0.3kpc

Raios Cósmicos Galácticos 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],Supernova 1987A Nebulosa do Caranguejo

21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) Raios Cósmicos Extragalácticos ,[object Object],[object Object]

Propagação de RC ,[object Object],[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

Detecção de raios cósmicos ,[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

Observando o Céu das Altas Energias… He

AMS: um detector no Espaço 21-11-2009 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

AMS na Estação Espacial Internacional 2010 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) AMS ( A lpha M agnetic S pectrometer) é uma experiência que resulta de uma larga colaboração internacional e visa a detecção de raios cósmicos primários no espaço. AMS

Objectivos da experiência AMS 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

AMS 01 a bordo do vaivém espacial, 1998 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],[object Object]

Detecção raios cósmicos >10 15 eV 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Cascata Atmosférica 21-11-2009 O raio cósmico de alta energia colide com um núcleo da atmosfera (N, O, Ar), produzindo maioritariamente piões (  ) e kaões (K). Os piões neutros (  0 ) decaem em dois fotões, produzindo a componente electromagnética da cascata. Estes por sua vez convertem-se em pares e + e - , que radiarão fotões de novo…

Detecção do chuveiro carregado 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Radiação da cascata ,[object Object],21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Čerenkov Uma partícula carregada com velocidade superior à da luz no meio (  >c n ) radia fotões de Čerenkov Os fotões de Čerenkov espalham-se num disco de raio R~100 m na superfície terrestre.

Observatório Pierre Auger ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Malargüe, Argentina

Grupo Português em Auger 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

Auger: espectro medido 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

Auger: Direcção dos raios cósmicos 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

Detecção de raios gama (  ) 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Satélites: Fermi e AGILE 21-11-2009 Lançamento do Centro Espacial Kennedy, 11 Junho 2008 Foguetão Delta Órbita: 565km de altitude Lançamento a 23 de Abril 2007

Telescópios de Čerenkov (IACTs) 21-11-2009 MAGIC HESS

Telescópio GAW 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

Grupo Português em GAW 21-11-2009 L. Arruda (luisa@lip.pt)

Conclusões ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

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