Catálogo de publicaciones

La espectrometría de masas con aceleradores de partículas (AMS) es una técnica ultrasensible de medición que posibilita la identificación y medición de radioisótopos de vidas medias largas (en el rango de 10^3 a 10^8 años), con niveles de concentración tan bajos como una parte en 10^16. Estos radioisótopos son de interés en diferentes disciplinas puesto que pueden brindar información sobre muchos de los procesos interesantes que ocurren en la Tierra y en el sistema solar, los cuales tienen escalas temporales dentro del rango mencionado. Las vidas medias y los niveles de concentración involucrados dificultan, y en algunos casos imposibilitan, la identificación de estos radioisótopos utilizando técnicas convencionales de medición pero son fácilmente reconocibles con la técnica AMS. Uno de los radioisótopos que resulta muy interesante debido a su amplia utilización es el 36Cl. Este isótopo es empleado en diversos campos de investigación como: astrofísica, ciencias de la atmósfera, geofísica, etc, siendo de gran importancia en los estudios de medio ambiente. En particular, es un excelente trazador hidrológico con el cual, a partir de muestras de precipitación, se pueden estudiar procesos de transporte atmosférico. Este trabajo tiene dos finalidades. Por un lado, la de desarrollar e implementar la técnica AMS en nuestro país, empleando el acelerador de iones pesados existente en el Laboratorio TANDAR, lo que implica la aceleración e inequívoca identificación de los haces microscópicos de l4C y 36Cl por primera vez. El segundo objetivo consiste en la aplicación de la técnica empleando al radioisótopo 36Cl como trazador atmosférico. Para ello se midió la concentración de 36Cl respecto de cloro en muestras de precipitación recogidas entre 24° y 62° de latitud sur y los resultados fueron analizados basados en modelos teóricos ya existentes. Dichas mediciones fueron las primeras llevadas a cabo en este tipo de muestras, recolectadas en América del Sur y tratan de contribuir a extender la escasa cantidad de datos experimentales acerca de la deposición del 36Clpresente hasta el momento.

Los meteoritos contienen en su interior el registro de parte de la historia del Universo. En su viaje por el espacio son alcanzados por las partículas energéticas que componen la radiación cósmica, básicamente protones y partículas alfa. Estas partículas penetran en la materia extraterrestre e inducen reacciones nucleares cuyos productos son isótopos cosmogénicos, estables o radiactivos. La presencia de este tipo de radioisótopos o las concentraciones anómalas de los nucleidos estables pueden ser utilizadas para el estudio de la intensidad de los rayos cósmicos en el pasado, su espectro de energía, la dosis de radiación acumulada sufrida por los meteoroides y el tiempo durante el cual han estado sometidos a ella. Por otra parte, una vez que los cuerpos celestes han caído a la Tierra, la medición de las concentraciones de ese tipo de elementos es útil para la estimación del tiempo transcurrido desde la caída a nuestro planeta y de la posición preatmosférica de las muestras, lo cual permite inferir el tamaño de los meteoritos antes de penetrar en la atmósfera terrestre. Las vidas medias de los radioisótopos cosmogénicos cubren un amplio rango de tiempos, los cuales pueden ser muy pequeños, fracciones de segundos o extremadamente largos, del orden de 10(10) años. En general, los meteoritos que se estudian han sido recogidos varios cientos o miles de años luego de su caída. Por ello sólo es posible medir aquellos radioisótopos con vidas medias largas. La técnica de espectrometría de masas con aceleradores de partículas (AMS) es particularmente útil para medir la concentración de isótopos cuyas vidas medias oscilan entre 10(3) y 10 (8) años. Los productos de decaimiento de esta clase de nucleidos no pueden ser detectados en períodos ordinarios y por medio de técnicas usuales de detección. Por otra parte, su concentración es del orden de 10(-12) o menor, por lo que no es posible detectarlos por medio de Ia espectrometría de masas convencional. AMS posee la sensibilidad adecuada para lograr mediciones confiables mediante el conteo individual de átomos del radionucleido en cuestión. Las muestras, que pueden ser tan pequeñas como l mg de material, deben pasar por un proceso químico previo el cual sirve para disminuir las contaminaciones y convertirlas a una forma apta para ser colocadas en la fuente de iones de los aceleradores de partículas. El objetivo del presente trabajo es el estudio de parte de la historia del meteorito caído en Campo del Cielo, Argentina. Para ello, se aplica la técnica de AMS a la medición de la concentración de cinco radioisótopos cosmogénicos de vida media larga: 10Be, 26Al, 36Cl, 41Ca y 59Ni, en muestras provenientes de dos fragmentos de dicho meteorito. Uno de ellos es, a su vez, parte de un fragmento expuesto en varios museos del mundo, El Taco, mientras que el otro fue levantado del suelo en las cercanías de los cráteres. Los resultados obtenidos y su comparación con los modelos teóricos existentes para las tasas de producción de radioisótopos cosmogénicos permitieron extraer conclusiones acerca de la edad terrestre del meteorito, de la posición de las muestras en el meteoroide madre y en consecuencia del tamaño del mismo antes de caer a la Tierra.

Esta Tesis estudia la medición de neutrinos cósmicos ultra energéticos mediante detectores de superficie. Básicamente existen dos mecanismos a través de los cuales los neutrinos en el rango del EeV pueden inducir señales distinguibles a nivel de superficie. El primero consiste en la interacción de un neutrino en la atmósfera, via corrientes cargadas o neutras, y la subsiguiente producción de una cascada atmosférica extendida descendente. El segundo se basa en la interacción de un neutrino tau en la corteza terrestre al atravesarla de manera rasante. Este proceso da lugar a un leptón tau capaz de escapar hacia la atmósfera e iniciar en su decaimiento una lluvia extendida ascendente de alto ángulo. En ambos casos, cuando la cascada se inicia cerca del detector, existen características en la señal producida, relacionadas con la presencia de componente electromagnética en la lluvia, que permiten discriminar este tipo de eventos del fondo dominante debido a rayos cósmicos de origen hadrónico. Este trabajo se divide en dos partes, que abordan dos tecnologías diferentes para estudiar las lluvias atmosféricas producidas por neutrinos. La primera parte trata la búsqueda de neutrinos basada en la interacción de las partículas de la lluvia con el Detector de Superficie del Observatorio Pierre Auger. En particular se describe el procedimiento de identificación, las posibles fuentes de fondo, el método desarrollado para calcular la exposición y sus incertezas sistemáticas asociadas en la búsqueda. Asimismo, se presenta por primera vez la integración de los distintos análisis complementarios desarrollados en Auger, que incluyen dos criterios de reconocimiento de neutrinos descendentes y uno de neutrinos rasantes, en un único resultado, así como la inclusión del envejecimiento del detector en el cálculo de la exposición. Ningún candidato a neutrino fue encontrado en los datos adquiridos entre el 1 de enero de 2004 y el 20 de junio de 2013. Suponiendo un flujo diferencial típico ϕ(Ev) = k * Ev^-2 y una relación entre sabores de 1 : 1 : 1, se fijó un límite sobre el flujo de neutrinos de cada sabor, de k < 6,4*10^9 GeV cm^2 s^-1 sr^-1 con un nivel de confianza del 90% en el rango de 1,0*10^17 eV - 2,5*10^19 eV, el más estricto hasta la fecha. En la segunda parte de este trabajo se estudia el potencial de la detección de las ondas de radio producidas por lluvias atmosféricas para identificar aquellas producidas por neutrinos, y se investigan las capacidades y limitaciones de un arreglo de antenas de radio a la hora de detectar neutrinos ultra energéticos rasantes. Para ello se utilizaron simulaciones que incluyen la interacción del neutrino en la Tierra, el decaimiento del leptón tau en la atmósfera, el subsiguiente desarrollo de la lluvia atmosférica extendida con producción de radiación electromagnética en frecuencias de radio, y la generación de la señal en las antenas del detector. A partir de estas simulaciones se desarrollaron algoritmos de reconstrucción e identi ficación que permiten distinguir eventos iniciados por neutrinos de los generados por el fondo de lluvias hadrónicas. Se utilizaron estos criterios para calcular la exposición que podrían alcanzar detectores de diferentes tamaños y topologías, concluyendo que la técnica puede ser competitiva para la siguiente generación de detectores de neutrinos.