Los rayos cósmicos son un fenómeno natural extenso, su espectro de energías abarca catorce ordenes de magnitud (desde 10^6 eV hasta al menos 10^20 eV). Su estudio tiene relación con muchas ramas de la física moderna, en particular la astrofísica y la física espacial. En Ciudad Universitaria opera desde hace 18 años ininterrumpidos un monitor de neutrones que registra la intensidad de la radiación cósmica secundaria. Debido a que los contadores actuales fueron fabricados hace 40 años no garantizan ya una operación confiable por un periodo extenso, para asegurar la continuidad de la serie de tiempo, hemos adquirido recientemente seis contadores proporcionales modernos rellenos con gas He3, que resultan muy estables y proporcionan mayores tasas de conteo. Uno de los propósitos de esta propuesta es diseñar e intentar construir, si se consiguen apoyos adicionales, un nuevo monitor basado en los contadores de He3 que pueda eventualmente sustituir al actual detector. Este proceso de modernización servirá para profundizar el conocimiento y ampliar la experiencia de nuestro grupo en ésta área experimental. La preparación de tesis de licenciatura y maestría para estudiantes de ingeniería y física será un beneficio adicional derivado. Las partículas energéticas cargadas provenientes del Sol (protones, electrones e iones pesados) son moduladas por la presencia de campos electromagnéticos tanto en el Sol como en el medio interplanetario. Para deducir las características de los sitios y los mecanismos de aceleración, es necesario demodular las señales que obtenemos en Tierra o a bordo de satélites, haciendo inferencias acerca de las condiciones durante la producción de las partículas en las zonas activas del Sol y en el medio interplanetario. Afortunadamente, en los eventos de mayor energía, el Sol emite también neutrones. Ellos llegan directamente a la Tierra, sin alteración alguna de su trayectoria; traen consigo información prístina de la fuente misma, convirtiéndose así en un elemento clave para la comprensión del fenómeno. Para detectar neutrones solares en la superficie terrestre son necesarios sitios de montaña y cercanos al ecuador geomagnético. Actualmente existe una red de siete Telescopios de Neutrones Solares. Uno de ellos, donado a la UNAM por la Universidad de Nagoya, Japón, opera desde noviembre de 2004 en la cima del volcán Sierra Negra, Puebla. En la adecuación del diseño, la instalación, operación, mantenimiento, desarrollo de sistemas de adquisición de datos y sistemas de protección eléctrica de las instalaciones de dicho telescopio han participado científicos e ingenieros mexicanos y se han formado algunos estudiantes de licenciatura y posgrado. La operación continua y confiable de este detector requiere de infraestructura y esfuerzos adicionales; estos trabajos garantizarán el registro de información crucial de los grandes eventos que se esperan en el recien iniciado ciclo solar 24. La labor equerida por el TNS seguirá proporcionando formación de recursos humanos especializados. El registro continuo de la intensidad de la radiación cósmica tanto en CU, DF como en el volcán Sierra Negra proporcionará información valiosa tanto para hacer estudios de los efectos de la atenuación causada por la atmósfera terrestre (hay 2000m de diferencia en altura entre los detectores), como para no interrumpir las series temporales que nos indican la estructura de la modulación solar en una región del espectro donde existen pocos registros (8 a 30 GV); nuestros detectores también serán capaces de detectar la presencia de neutrones provenientes del Sol en eventos extremos.

La medición continua de la intensidad de la radiación cósmica de baja energía en la superficie de la Tierra es hoy día una preocupación fundamental de la comunidad mundial que investiga estos fenómenos. Se han organizado diversos consorcios internacionales, financiados por Estados Unidos y la Unión Europea, para asegurar un funcionamiento adecuado de un número suficiente de estaciones distribuidas alrededor del mundo (Kubawara et al, 2006, Bieber et al., 2004, http://venus.obspm.fr/previ/NMDB/nmdb_hom.htm). Asegurar la continuidad de los registros históricos de la intensidad de rayos cósmicos sobre la Tierra sería ya razón suficiente para participar en este esfuerzo, puesto que con ello se mantendrían series históricas cuyas variaciones están principalmente determinadas por la actividad del Sol, y por tanto contienen información importante sobre los mecanismos que provocan los fenómenos de la actividad de nuestra estrella, los cuales ciertamente tienen elementos comunes con los que producen rayos cósmicos de mayores energías en entornos astrofísicos similares. Pero las manifestaciones activas de nuestra estrella inducen modificaciones del plasma heliosférico que pueden ser estudiadas mediante el análisis de las variaciones en la intensidad de los rayos cósmicos; ellos también pueden proveernos de claves para entender procesos de transporte y aceleración en escenarios comparables en nuestra galaxia o fuera de ella. La situación geográfica en bajas latitudes y con sitios elevados sobre el nivel del mar hace que nuestro país sea una región de importancia en estas tareas. Continuar los registros de intensidad de rayos cósmicos en México resulta clave para la comunidad mundial. El monitor de neutrones que hoy se encuentra operando en CU, D.F. esta integrado por seis contadores de BF3 con una antigüedad mayor a los 25 años. Aun cuando su funcionamiento es bastante confiable hasta hoy en día, es probable que empiecen a dar signos de agotamiento en unos cuantos años. Por tanto, con el fin de garantizar la continuidad de una serie de tiempo que lleva ya 18 años ininterrumpidos hemos adquirido recientemente seis contadores proporcionales modernos, rellenos con gas He3, que resultan muy estables y proporcionan mayores tasas de conteo, reduciendo considerablemente las dimensiones del detector. Uno de los propósitos originales de esta propuesta es diseñar e iniciar la construcción de un nuevo monitor de neutrones basado en los contadores de He3 que pueda operar por al menos cinco años (medio ciclo de actividad solar) en conjunto con el monitor actual a fin de tener una inter-calibración satisfactoria para eventualmente sustituir el detector que opera desde 1990. Este proceso de modernización de nuestro detector servirá sin duda para fortalecer el conocimiento y la experiencia de nuestro grupo en esta área experimental. La preparación de tesis de licenciatura y maestría para estudiantes de ingeniería y física será un beneficio adicional derivado. Los rayos cósmicos solares se emiten en ráfagas cuya duración es de unos cuantos hasta treinta minutos para los másintensos. Para obtener información detallada de estos eventos resulta conveniente tener intervalos de muestreo lo mas pequeño posible. En eventos detectados con anterioridad el monitor de neutrones de CU, DF ha sido crucial a fin de distinguir las componentes neutrónica y protónica, y para dilucidar la energía máxima de las partículas de eventos solares importantes (ver i.e., Miroshnichenko, 2001). Sin embargo su tiempo de muestreo (cinco minutos) ha sido una limitante en el conocimiento de la estructura del evento. A fin de mejorar esta situación se tiene contemplado diseñar y construir un reloj electrónico capaz de reducir el tiempo de muestreo del monitor a solo un minuto. Tiempos menores no son posibles debido a que las razones de conteo estimadas serían muy bajas reduciéndose la confiabilidad estadística del detector. Con esta mejora del monitor de CU, DF será posible hacer estudios comparativos de dos detectores instalados en sitios muy cercanos pero localizados a alturas sustancialmente diferentes (2274 m y 4580 m s.n.m). El Telescopio de Neutrones Solares en la cima del volcán Sierra Negra, Pue., tiene tiempos de muestreo de 10 segundos con lo cual puede registrar variaciones de alta frecuencia en el flujo solar Esta combinación es única en el mundo. Debido a su energía media de respuesta (4 x 10^10 eV), los datos del telescopio de muones de CU, DF revisten un valor sobresaliente para la determinación de la intensidad de rayos cósmicos en el rango donde empieza a declinar la influencia del Sol. En particular, con los datos de éste detector podría determinarse el umbral superior en los que se deja sentir la influencia del Sol en eventos súbitos como los Decrecimientos Forbush (ver i.e., Kahler, Kecskemety and Kiraly, 2006). Adicionalmente, sus capacidades direccionales permiten atisbar anisotropías en el flujo, las cuales dan indicios sobre la dirección de propagación de las perturbaciones solares y la extensión de las zonas de la heliosfera perturbadas por el Astro Rey. Con ello no solo se obtiene información estructural del plasma interplanetario con potenciales aplicaciones en otros entornos astrofísicos, sino que es factible hacer predicciones sobre el arribo de las perturbaciones solares a la Tierra, las cuales causan tormentas geomagnéticas, potenciales perturbadores de las telecomunicaciones y del clima terrestre (i.e, Fluekiger, 2008).