Académico de Físico Matemáticas, investigador del Grupo ACORDE-México y alumnos de Electrónica, desarrollaron un aparato para explicar didácticamente la llegada de partículas cósmicas a la Tierra

Para comprender y enseñar didácticamente la presencia de partículas cósmicas que transitan en el entorno, la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas (FCFM) de la BUAP, desarrolló el proyecto Piano Cósmico, el cual permite captarlas y mostrar su presencia de manera visual y auditiva.

El doctor Arturo Fernández Téllez, Profesor Investigador de esta unidad académica y responsable del proyecto, indicó que se le llama piano porque tiene ocho detectores que representan la escala completa de Do, mismos que emiten un sonido cada vez que una partícula los impacta o atraviesa.

Este proyecto ha servido para demostrar a la población cómo se realiza el proceso de detección de partículas elementales, por lo que incluso la persona puede participar y divertirse, comentó.

Las partículas que detecta son principalmente muones, similares a los electrones por su carga negativa, pero con una masa 200 veces mayor, los cuales se generan cuando un rayo cósmico choca con la atmósfera de la superficie terrestre, desintegrando las moléculas de aire y formando una cascada de átomos que atraviesan la materia.

Destacó que el Piano Cósmico fue una creación de su equipo, quienes plantearon desde el diseño del sistema electrónico, la construcción de las partes mecánicas y eléctricas, hasta de la operación y manejo del aparato. Este desarrollo tecnológico les permitió crear una patente la cual se encuentra en trámite.

El grupo de trabajo está integrado por los doctores Arturo Fernández Téllez, académico de la FCFM y el investigador Guillermo Tejeda Muñoz, ambos miembros del Grupo ACORDE-México del experimento ALICE-LHC del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), situado en Ginebra, Suiza; así como por los estudiantes de la Facultad de Ciencias de la Electrónica, Luis Alberto Pérez Moreno y Jorge Cruz Cano.

¿Cómo produce música?: El doctor Guillermo Tejeda Muñoz indicó que ésta es la tercera generación del proyecto que surgió en 2004; desde entonces se comenzó con diferentes pruebas y experimentos hasta llegar a pequeños módulos portátiles y fáciles de manejar.

Explicó que para producir música, cada vez que una partícula se impacte con alguno de los detectores que forman las teclas del piano, va a encenderse el foco asociado y producirse un sonido en forma de bip.

Esto se debe a que los detectores de centello, formado de placas cuadradas de plástico centellador de 15 por 15 centímetros, sensibles al paso de partículas con carga eléctrica, como los muones y electrones, colectan la luz que éstos emiten por medio de una fibra óptica, enfocándola a dos sensores APDs (por sus siglas en inglés Avalanch Photo Diodes) conocidos como fotodiodos de avalancha que detectan sus longitudes de onda.

Estas señales eléctricas son enviadas a la electrónica principal del sistema, donde se digitalizan, se procesan y producen, de acuerdo a ciertas condiciones físicas, destellos de luz y sonidos con tonalidades asociadas a la escala musical.

El especialista expuso que la programación del piano permite dos modos de operación: modo simple, donde con un sólo botón se activa todo el sistema, y modo de coincidencias configurando uno por uno los canales, ya sea activándolos o desactivándolos para generar similitudes con los demás.

El modo de coincidencias consiste en elegir las opciones and y or; en la primera se seleccionan los detectores, pero éstos producirán independientemente su salida uno de otro. En or los detectores seleccionados emitirán respuesta, si todos los que fueron activados son impactados al mismo tiempo por un rayo cósmico.

El doctor Tejeda Muñoz expresó que la frecuencia del sonido se fijo en un rango de entre 261 y 493 Hertz, que fue seleccionado por especialistas del ámbito musical y agrupado en tonos agudos y graves, generando así melodías agradables al oído humano.

Etapas eléctricas: Luis Alberto Pérez Moreno, estudiante de la Facultad de Ciencias de la Electrónica, mencionó que la parte electrónica se conforma de los siguientes bloques:discriminación y acoplamiento de la señal proveniente de los APDs, memoria y trigger, lógica de coincidencia y por último la etapa de activación de salida de la señal, todas controladas por un microcontrolador.

Dijo que debido a que las partículas son muy rápidas es muy difícil visualizarlas en tiempo real, por tal motivo existe la etapa de memoria que almacena esta información con un pequeño retardo.

Jorge Cruz Cano, también alumno de esta unidad académica, señaló que después de que en la etapa de memoria se procesa la información, el siguiente bloque convierte la señal analógica en digital, que es con la que trabaja el microprocesador.

Una vez procesados los datos, esta pasa a la etapa de potencia o activación donde se manda un sonido y destello de luz, de acuerdo al canal que esté activado.

Al hablar acerca de su experiencia, los alumnos comentaron que lograron adquirir conocimientos que no se aprenden en el salón de clases, sino directamente en la práctica.

Tienes que estudiar muy bien el problema, ver los pros y contras que conllevan seleccionar un tipo de material, diseñar toda la lógica y desarrollar los circuitos, por lo que resulta enriquecedor en todos los ámbitos, finalizó Pérez Moreno.

Ferias y presentaciones del Piano Cósmico: En la Euro Science Open Forum (ESOF) 2008 y 2010, realizadas en Barcelona, España y Torino, Italia, respectivamente.

En 2009, participó como parte del conjunto de aparatos de exhibición que preparó el CERN para ser mostrados en ocho ciudades de Polonia, incluyendo su capital Varsovia. El equipo de trabajo fue seleccionado para participar en el CERN Open Day en 2008. En la Feria Científica de las Ciencias Naturales GEX en 2009, realizada en Francia. Igualmente mostró su funcionamiento en la Noche de las Estrellas 2011, en Ciudad Universitaria de la BUAP, así como en la Semana del Biólogo del mismo año que efectuó la Escuela de Biología de la Institución.