Measurement of the cosmic rays boron-to-carbon ratio with ams-02

  1. Rosa Clavero Jiménez
Supervised by:
  1. Ramón Jesús García López
  2. Albero Oliva

Defence university: Universidad de La Laguna

Year of defence: 2015

Department:
  1. Astrofísica

Type: Thesis

Teseo: 394363

Abstract

Desde el descubrimiento de los rayos cósmicos (RC) por Victor Hess en 1912, su estudio ha supuesto una forma complementaria a los aceleradores de partículas para buscar nuevas respuestas al modelo estándar de la física de partículas. Esta radiación que incide sobre la Tierra desde el espacio exterior puede revelar indicios de la aniquilación de materia oscura, ya que puede ser detectada como un exceso de eventos en los espectros de RC. Sólo con una descripción precisa de la teoría de los RC, podemos buscar desviaciones inesperadas. Uno de los observables más importantes para la comprensión de la física de los RC es la tasa del flujo de boro sobre carbono (B/C). El carbono se produce por reacciones termonucleares en las estrellas, mientras que el boro no es un producto final en la nucleosíntesis estelar. El boro que observamos en los RC debe ser de origen secundario producido por interacciones inelásticas de los RC primarios, como el carbono y el oxígeno, en el medio interestelar. La tasa de B/C da una indicación directa de la cantidad de material que los RC tienen que atravesar en su viaje por la Galaxia, y en general de cómo es el proceso de difusión de los RC. El detector AMS-02 está instalado a bordo de la Estación Espacial Internacional desde el 19 de mayo de 2011. Es un instrumento capaz de distinguir todas las especies de RC cargados, con una alta resolución en la energía y en la carga debido a los diferentes subdetectores que lo componen. AMS-02 es capaz de medir la tasa de B/C en función de la rigidez magnética (momento por unidad de carga) desde ~3 GV hasta ~2 TV gracias a: (i) la excelente resolución en carga de los subdetectores de AMS, capaz de separar con eficiencia muy alta (>90%) y muy baja contaminación (<10^{-4}) muestras de boro y carbono; (ii) la medida de la rigidez magnética que realiza el detector de trazas de silicio (Tracker), con un brazo de palanca de ~3 m, en un campo magnético de 0.15 T, para una rigidez máxima detectable de ~2.5 TV para núcleos de carbono; (iii) la elevada estadística recogida por AMS-02, debido al gran factor geométrico de la aceptancia de la parte interior del Tracker de 0.5 m^{2} sr y al largo tiempo de exposición siendo ya más de 4 años. Además de que la tasa de B/C es una medida muy importante utilizada por los teóricos para ajustar los modelos de propagación, esta tasa también es muy interesante desde el punto de vista experimental. Siendo el boro y el carbono dos especies químicas consecutivas en la tabla periódica, su proporción tiende a ser una medida con errores sistemáticos pequeños. Además la diferencia entre los dos elementos es generalmente pequeña en términos de eficiencia de detección y de interacciones en el material. Sin embargo, asimetrías en la medida como la diferencia entre las abundancias de boro y carbono, siendo B < 0.3 C, y las posibles migraciones de C -> B debido a interacciones con el material del detector tienen que ser tratadas con cuidado para evitar sesgo en la medida.