Modelamiento directo de la atenuación del flujo de muones atmosféricos debido a la presencia del cerro UNI

Abstract

Los muones atmosféricos, generados principalmente por el decaimiento de piones y otros hadrones en las interacciones entre rayos cósmicos primarios y los núcleos de la atmósfera, se utilizan como sondas para estudiar las características internas de objetos geofísicos. Esta técnica, conocida como radiografía muónica, fue propuesta en 1970 por Luis Álvarez y hoy es una herramienta clave con aplicaciones en el análisis de edificaciones arqueológicas, glaciares y volcanes. En el Perú, el proyecto N°139 2017 FONDECYT: ”Desarrollo de un Tomógrafo Muónico para pruebas no invasivas de objetos geofísicos” desarrolla por primera vez la tecnología necesaria para su aplicación. La abundancia de muones en la superficie terrestre, su distribución angular de intensidad proporcional a cos(θ), un espectro energético con un pico en los 4 GeV a nivel del mar, y su pérdida de energía principalmente por ionización y excitación electrónica en un rango de hasta 100 GeV, nos permite correlacionar la densidad y el espesor del material con la pérdida de energía y la reducción del flujo de muones tras atravesar un objeto. Este trabajo modela el proceso de atenuación del flujo de muones debido a la presencia del Cerro UNI, cuya morfología y composición lo convierten en un objeto patrón adecuado para asociar la pérdida de energía únicamente a la distancia recorrida por los muones. Esto facilita la calibración del detector del proyecto, previo a su uso para análisis de estructuras más complejas, donde las diferencias de densidad entre regiones o la existencia de cavidades, que reducen la cantidad de materia en direcciones específicas, se manifiestan como variaciones en la intensidad del flujo de muones en las imágenes obtenidas.

Atmospheric muons, generated mainly by the decay of pions and other hadrons in interactions between primary cosmic rays and atmospheric nuclei, are used as probes to study the internal characteristics of geophysical objects. This technique, known as muon radiography, was proposed in 1970 by Luis Álvarez and it is becoming a key tool with applications in non invasive analysis of archaeological buildings, glaciers and volcanoes. In Peru, project N°139 2017 FONDECYT: ”Development of a Muon Tomograph for non invasive testing of geophysical objects”develops for the first time the technology necessary for its application. The abundance of muons on the Earth’s surface, their angular intensity distribution proportional to cos(θ), an energy spectrum with a peak at 4 GeV at sea level, and their energy loss mainly through ionization and electronic excitation in a range of up to 100 GeV, allows us to correlate the density and thickness of the material with the energy loss and the reduction of the muon flux after passing through an object. This work models the muon flux attenuation process due to the presence of UNI’s Hill, whose morphology and composition make it a suitable standard object to associate the energy loss only with the distance traveled by the muons. This facilitates the calibration of the project’s detector, prior to its use for analysis of more complex structures, where density differences between regions or the existence of cavities, which reduce the amount of matter in specific directions, manifest themselves as variations in the intensity of the muon flux in the images obtained.