Palabras clave
Lluvias Aéreas Extensas
Radio Definida por Software
Detección de rayos cósmicos
Antena log-periódica de dipolos
Sistema de disparo automático
Detección por radio de rayos cósmicos
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Derechos de autor 2025 Henry Mayorga, Alejandro Amagua Romero, Hugo Moreno Aviles
Resumen
Este estudio presenta el diseño y la evaluación de un sistema para la detección de la componente electromagnética de las lluvias cósmicas extensas (EAS por sus siglas en inglés) generadas por rayos cósmicos ultraenergéticos. Se propone el uso de antenas log-periódicas y un sistema de radio definida por software (SDR por sus siglas en inglés) para la adquisición y análisis de señales en el rango de 20-80 MHz. Se realizaron simulaciones utilizando ANSYS y pruebas experimentales con un analizador de redes vectoriales, obteniendo coeficientes de reflexión menores a -10 dB. La adquisición de datos se llevó a cabo mediante SDR, con un sistema de disparo automático y filtrado digital. Se recolectaron datos durante 47 días con una frecuencia de muestreo de 1Hz. Los resultados mostraron la detección de señales en el rango de 40-60 MHz, con variabilidad horaria y patrones que sugieren la presencia de eventos asociados a rayos cósmicos. Sin embargo, la validación cruzada con detectores de partículas es necesaria para confirmar estos hallazgos. Este trabajo demuestra la viabilidad de la detección por radio de lluvias cósmicas y plantea la necesidad de integrar estos sistemas con arreglos de detectores de partículas para mejorar la discriminación de eventos.
Referencias
Auger, P., Abraham, J., Abreu, P., Aglietta, M., Aguirre, C., J, A. E., Allard, D., Allekotte, I., Allen, J., Alvarez-Muñiz, J., Ambrosio, M., Anchordoqui, L., Andringa, S., Anzalone, A., Aramo, C., Arganda, E., Argirò, S., Arisaka, K., Arneodo, F., & Arqueros, F. (2025). The cosmic ray energy spectrum and related measurements with the Pierre Auger Observatory. arXiv:0906.2189. https://arxiv.org/abs/0906.2189
Huege, T. (2016). Radio detection of cosmic ray air showers in the digital era. Physics Reports, 620, 1–52. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2016.02.001
Falcke, H., Apel, W. D., Badea, A. F., Bähren, L., Bekk, K., Bercuci, A., Bertaina, M., Biermann, P. L., Blümer, J., Bozdog, H., Brancus, I. M., Buitink, S., Brüggemann, M., Buchholz, P., Butcher, H., Chiavassa, A., Daumiller, K., De Bruyn, A. G., De Vos, C. M., . . . & Zimmermann, D. (2005). Detection and imaging of atmospheric radio flashes from cosmic ray air showers. Nature, 435(7040), 313–316. https://doi.org/10.1038/nature03614
Schröder, F. G. (2017). Radio detection of cosmic-ray air showers and high-energy neutrinos. Progress in Particle and Nuclear Physics, 93, 1–68. https://doi.org/10.1016/j.ppnp.2016.12.002
Huege, T., Apel, W. D., Arteaga, J. C., Asch, T., Bähren, L., Bekk, K., Bertaina, M., Biermann, P. L., Blümer, J., Bozdog, H., Brancus, I. M., Buchholz, P., Buitink, S., Cantoni, E., Chiavassa, A., Daumiller, K., de Souza, V., Doll, P., Engel, R., … & Zensus, J. A. (2012). The LOPES experiment—Recent results, status and perspectives. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 662. https://doi.org/10.1016/j.nima.2010.11.081
Apel, W. D., Arteaga-Velázquez, J. C., Bähren, L., Bekk, K., Bertaina, M., Biermann, P. L., Blümer, J., Bozdog, H., Cantoni, E., Chiavassa, A., Daumiller, K., De Souza, V., Di Pierro, F., Doll, P., Engel, R., Falcke, H., Fuchs, B., Gemmeke, H., Grupen, C., . . . Zensus, J. A. (2021). Final results of the LOPES radio interferometer for cosmic-ray air showers. The European Physical Journal C, 81(2). https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-08912-4
Hörandel, J. R., on behalf of the LOFAR Key Science Project Cosmic Rays and the Pierre Auger Collaboration Radio. (2016). Radio detection of air showers with LOFAR and AERA. In Proceedings of the International Symposium for Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECR2014). JPS Conference Proceedings, 9, 010004. https://doi.org/10.7566/JPSCP.9.010004
Aab, A., Abreu, P., Aglietta, M., Ahn, E. J., Al Samarai, I., Albuquerque, I. F. M., Allekotte, I., Allison, P., Almela, A., Alvarez Castillo, J., Alvarez-Muñiz, J., Alves Batista, R., Ambrosio, M., Aminaei, A., Anastasi, G. A., Anchordoqui, L., Andringa, S., Aramo, C., Arqueros, F., … Zuccarello, F. (2016). Nanosecond-level time synchronization of autonomous radio detector stations for extensive air showers. Journal of Instrumentation, 11(1). https://doi.org/10.1088/1748-0221/11/01/P01018
Lautridou, P., & Codalema Collaboration. (2009). Results of the radio-detection experiment CODALEMA. Nuclear instruments and methods in physics research section A: accelerators, spectrometers, detectors and associated equipment, 604. https://doi.org/10.1016/j.nima.2009.03.164
Aab, A., Abreu, P., Aglietta, M., Al Samarai, I., Albuquerque, I. F. M., Allekotte, I., Almela, A., Castillo, J. A., Alvarez-Muñiz, J., Anastasi, G. A., Anchordoqui, L., Andrada, B., Andringa, S., Aramo, C., Arqueros, F., Arsene, N., Asorey, H., Assis, P., Aublin, J., … Zuccarello, F. (2017). Calibration of the logarithmic-periodic dipole antenna (LPDA) radio stations at the Pierre Auger Observatory using an octocopter. Journal of Instrumentation, 12(10). https://doi.org/10.1088/1748-0221/12/10/T10005
Pont, B. (2021). A large radio detector at the Pierre Auger Observatory: Measuring the properties of cosmic rays up to the highest energies. Proceedings of Science, 358. https://doi.org/10.22323/1.358.0395
Mantilla, C., Audelo, M., Calderon, M., Carrera, E., Cazar, D., Martinez, O., Quishpe, R., Vargas, S., & Vasquez, N. (2015). Implementing a WCD detector system in Ecuador as part of the LAGO Project. Nuclear and Particle Physics Proceedings, 267–269, 430–432. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.nuclphysbps.2015.10.143
Lind, F. D., Erickson, P. J., Coster, A. J., Foster, J. C., Marchese, J. R., Berkowitz, Z., & Sahr, J. D. (2013). Intercepted signals for ionospheric science. Radio Science, 48(3). https://doi.org/10.1002/rds.20034
Palán Murillo, J. D. (2024). Guías de prácticas de laboratorio interdisciplinarias para sistemas de comunicaciones utilizando radio definido por software [Tesis de grado, Universidad Técnica de Ambato]. Repositorio Digital UTA. https://repositorio.uta.edu.ec/items/c5de48fc-43f0-47f3-bc31-2f79f547a37f
Wray Castle. (2024). Comprensión de la radio definida por software: una guía para principiantes. Wray Castle Blog. https://wraycastle.com/es/blogs/knowledge-base/software-defined-radio
Per Vices. (2022). Using SDRs for Signals Intelligence (SIGINT). https://www.mpdigest.com/2022/08/22/using-sdrs-for-signals-intelligence-sigint/
Balanis, C. A. (2016). Antenna theory: Analysis and design (4th ed.). Wiley.
Carrel, R. L. (1961). The design of log-periodic dipole antennas. In IRE National Convention Record, Part I (pp. 61–75). Institute of Radio Engineers. https://doi.org/10.1109/IRECON.1961.1151016
Stroobandt, S., & McCue, M. (2020). Log-Periodic Dipole Calculator (v20180914) [Sitio web]. Hamwaves. https://hamwaves.com/lpda/
ANSYS design software (student version). Antenna design & modelling software https://www.ansys.com/applications/antenna-design-and-placement
Gozal, N. R., & Mukhlis, Y. (2019). Design and manufactured of log‑periodic dipole array antenna at 400 MHz. Journal of Electrical Engineering, Mechatronic and Computer Science, 2(2), 25–30. https://doi.org/10.26905/jeemecs.v2i2.3126
Abreu, P., Aglietta, M., Ahlers, M., Ahn, E. J., Albuquerque, I. F. M., Allard, D., Allekotte, I., Allen, J., Allison, P., Almela, A., Castillo, J. A., Alvarez-Muñiz, J., Batista, R. A., Ambrosio, M., Aminaei, A., Anchordoqui, L., Andringa, S., Antičić, T., Aramo, C., … Seeger, O. (2012). Antennas for the detection of radio emission pulses from cosmic-ray induced air showers at the Pierre Auger Observatory. Journal of Instrumentation, 7(10). https://doi.org/10.1088/1748-0221/7/10/P10011