1) O documento descreve um experimento para medir o fluxo de múons usando cintiladores orgânicos e fotomultiplicadores. 2) O objetivo é comparar as previsões da física clássica e relativística para o fluxo de múons na superfície da Terra e obter uma medida empírica desse fluxo. 3) Diferentes configurações experimentais foram testadas para avaliar o efeito de parâmetros como a tensão nos fotomultiplicadores e a geometria do detector.

1. Medida do Fluxo de Múons
Seminário do módulo 4: Instrumentação em partículas
da escola EAFEX do CBPF-2106
Daniel B./Davide D./Débora V.
Gabriela H./Mauri G./Moises M.
Orientadores: André Massafferri/Henrique Saitovitch

2. Motivações e Objetivos do Módulo
Aparato Experimental
O Telescópio de Múons
Resultados Obtidos
2
Sumário

3. Motivações e Objetivos
O que são Raios Cósmicos?
● Partículas carregadas de alta energia provenientes de fontes extraterrestres; UHE e LE.
Porque estudar Raios Cósmicos?
● Informações sobre a evolução estelar; Mecanismo de aceleração; Parâmetros climáticos; Variação alta
do fluxo ao longo da superfície terrestre (geográfica e temporalmente).
Medida do fluxo de múons
● Maior percentual das partículas que atingem a superfície; baixa perda de energia por ionização.

4. Motivações e Objetivos
Medidas existentes do fluxo de múons.
● A equação de decaimento possui um fator obtido de forma empírica; Uma das medidas
existentes na literatura oferece um valor estimado em torno de 90 múons/m²s ao nível do mar
(PDG).
Comparação das previsões da Física Clássica e da Mecânica Relativística.
● A previsão da Física clássica dá um fluxo quase nulo na superfície terrestre; A aplicação do fator de
Lorentz dá um resultado compatível com a realidade mensurada.

5. Previsões Teóricas
Pela previsão newtoniana levaria 1,62 anos para medir a quantidade de
múons que a previsão relativística adequadamente prevê em 1 segundo.

6. Aparato Experimental
Cintiladores Orgânicos Plásticos e Fotomultiplicadoras (PMTs)
● O princípio da cintilação: detecção por excitação atômica - emissão de fótons; guia de luz para a PMT
que traduz o sinal ótico para um sinal elétrico, por efeito fotoelétrico. A alimentação em alta tensão nos
dinodos da PMT acelera os elétrons, produzindo um ganho de amplificação no sinal.

7. Aparato Experimental
Sistema DAQ (Módulos NIM e VME)
● NIM (Nuclear Instrumentation Module): discriminação;
lógica digital entre sinais; coincidência.
● VME: Módulo de interface entre o NIM e o
computador, com algoritmo de otimização de
aquisição de dados.

8. Aspectos experimentais
Ruído: a corrente de escuro e o ruído eletrônico são sinais indesejáveis para a medição. Existem
duas técnicas para contorná-los: Ajuste de threshold e técnicas de coincidência. A Vth é
configurada para discriminar o sinal do cintilador e eliminar a propagação do sinal de ruído. A
técnica de coincidência leva em conta o cálculo da probabilidade de eventos incoerentes serem
detectados como eventos relacionados às próprias partículas.

9. Aspectos experimentais
Geometria: existe uma correção do cálculo do fluxo devido à geometria superposta das placas
(abertura equivalente), chamada de Aceptância geométrica. O fator de correção é da forma cos²(theta),
e dá a correção da distribuição de partículas em função do ângulo de incidência. A correção é realizada
por método de Montecarlo (simulação computacional).

10. O Telescópio de Múons
➔ Medidas: eficiências dos cintiladores, fluxo.

11. CONFI
G.
DAQ TAQ(s) Sample Vt(mV) W(ns) HV(A-B) d(cm)
Princ. VME 30 1500 30 40 1750-
1600
12
Var.1 NIM 120 5 30 40 1750-
1600
12
Var.2 NIM 120 5 30 40 1750-
1600
29.5
Var.3 VME 120 300 40 80 1850-
1750
12
Var.4 NIM 120 5 40 80 1850-
1750
12
Var.5 NIM 120 5 40 80 1850-
1750
29
Medida Principal e Sistemática

12. Ajuste do Ponto de Operação HV

13. Medida Preliminar – Var.1 (NIM)

14. Medida Preliminar – Var.4 (NIM)

15. Variação da aceptância geométrica
● Var. 2
d=29.5 cm
● Var. 5
d=29cm
Ageo=56.925%
● A variação da aceptância geométrica é um teste do modelo
dependente cos²(theta).
● Var.
Ageo=56.424%

16. Medida VME – Var.3

17. Medida Principal–VME

18. Resultados para o Fluxo