Hits do múon em nosso detector
Os múons são partículas elementares produzidas na atmosfera terrestre a partir da interação de raios cósmicos com os núcleos atômicos. Viajando a velocidades próximas à da luz, eles conseguem atravessar grandes distâncias antes de decair — o que nos permite estudá-los tanto em grandes altitudes quanto ao nível do mar. Com isso, o CELESTE é capaz de detectá-los em sua estação de medida de uma forma bastante similar à seguinte:
Dados simulados, não são baseados em medidas experimentais. Trata-se apenas de uma representação sobre a detecção real.
Em nosso código, simulamos a passagem dessas partículas por um detector composto por quatro camadas cintiladoras (L1, L2, L3 e L4) – similar ao nosso! Cada camada funciona como um "sensor" que registra a passagem do múon quando ele cruza sua superfície. O objetivo é visualizar como essas partículas interagem com o detector e quantas camadas conseguem atravessar.
A simulação gera múons cósmicos com distribuição angular que segue a lei cos²(θ), característica de partículas provenientes de chuveiros atmosféricos — ou seja, mais múons vêm de direções próximas ao ângulo zênite (vertical) do que de ângulos rasos.
Quando um múon atravessa uma camada de cintilador, um sinal elétrico é produzido — representado graficamente como um ponto vermelho. Se ele atravessa duas camadas, temos dois pontos, e assim sucessivamente. A animação nos mostra esses eventos em tempo real, com os múons representados por traços azuis e os hits (detecções) por pontos vermelhos.
O gráfico de barras ao lado acompanha as estatísticas de detecção em tempo real, mostrando a distribuição percentual de eventos com 1, 2, 3 ou 4 hits. Esse histograma nos revela informações importantes sobre:
- A eficiência do detector: quantos múons gerados são efetivamente detectados por pelo menos uma camada.
- A distribuição de hits: quantos múons atravessam 1, 2, 3 ou 4 camadas.
Observamos que a maioria dos múons detectados atravessa apenas uma ou duas camadas, enquanto poucos atravessam todas as quatro. Isso ocorre devido à geometria do detector e à distribuição angular dos múons — partículas com trajetórias mais inclinadas tendem a atravessar mais camadas, mas também têm maior probabilidade de escapar pelas laterais!
A eficiência total de detecção — proporção entre múons detectados e gerados — nos dá uma medida direta da capacidade do sistema.
Se você quer aprender como fazer esse gráfico, consulte a guia Atividades práticas / Aprendendo a programar com python: como fazer... / O gráfico dos hits do múon em nosso detector e veja o código utilizado para a simulação!