BASJE y los primeros pasos de la astronomía de rayos gamma
Cincuenta y cuatro años del mismo experimento en el mismo sitio
Hitos 06
Cincuenta y cuatro años. El mismo experimento, en el mismo emplazamiento, desde los primeros detectores de 1961 hasta el cierre del arreglo de superficie en 2015. En ese tiempo BASJE dio la primera evidencia de que los rayos cósmicos de altísima energía empiezan a escapar de la galaxia, midió una magnitud nuclear antes de que los aceleradores pudieran verificarla, y dio los pasos pioneros de una disciplina que hoy tiene observatorios en cuatro continentes.
Qué buscaba
El Bolivian Air Shower Joint Experiment nació con tres objetivos, formulados con precisión desde el principio:
Buscar chubascos generados por rayos gamma primarios de energías superiores a 10¹⁴ eV.
Buscar evidencias de rayos cósmicos primarios de alto número atómico.
Estudiar las características de las interacciones nucleares de superalta energía, por encima de 10¹⁴ eV.
El primero de esos tres objetivos es, visto desde hoy, el acta de nacimiento de una disciplina: la astronomía de rayos gamma de muy alta energía. En 1960 nadie sabía si existía algo que observar.
Quiénes lo construyeron
Cuatro instituciones y cuatro nombres:
El comienzo de la construcción del detector de muones de BASJE. Archivo del IIF–UMSA · reproducida en Aguirre (1996).
Institución
Responsable
Massachusetts Institute of Technology
George Clark
Universidad de Tokio
Koichi Suga
Instituto de Investigaciones Físicas y Químicas (IPCR), Japón
Kazuaki Murakami
Laboratorio de Física Cósmica de Chacaltaya
Ismael Escobar
Aguirre reproduce una fotografía con un pie escueto: «Las tres figuras del BASJE: Ismael Escobar, Bruno Rossi y Koichi Suga.»
Y sobre Suga escribe algo que el sitio debe recoger tal cual:
Koichi Suga fue el alma de BASJE durante treinta años. Su amplio conocimiento del tema y su enorme capacidad de trabajo fueron factores fundamentales en el éxito científico de este proyecto cooperativo. Su muerte en Tokio ocurrió mientras analizaba los datos de Chacaltaya.
El equipo boliviano
En la primera etapa: Ángel García, Ramón Schulczewski, José Ipiña, Alfonso Lazo, Israel Saravia, Ricardo Anda, Eduardo Maldonado y Carlos Uria.
Más adelante: Julio Pacheco, José Rivas, Abelardo García, Elsa Maceda, Iván Geir, Carlos Ormachea, Honorio Vargas, Dardo Beramendi y muchos otros.
Nota editorial. Varios de estos nombres aparecen en las fotografías del archivo de Carlos Ormachea. Es el cruce más directo entre el fondo fotográfico del proyecto y un hito científico, y conviene explotarlo: son las mismas personas.
⚠ Aguirre escribe «Dardo Beramendi»; los archivos fotográficos dicen «Dardo Veramendi». Fijar la grafía.
El equipo japonés
Yoshio Toyoda, Koichi Kamata, Shinkishi Shibata, Tatsunosuke Kaneko, Hisashi Yoshii, Motonobu Nagano, más técnicos y tesistas: Hiromitsu Akiyama, Kenji Uchino, Toshiro Maeda, Motonobu Takano, Chiaki Yokoyama, H. Nakatani, M. Kakimoto, Serge Jadot, François Siohan.
Del lado estadounidense, figura importante: Hale Bradt.
Sesenta metros cuadrados bajo el plomo
La pieza central era un detector de muones de 60 m²: quince detectores de cuatro metros cuadrados cada uno, bajo un blindaje de galena —mineral de plomo— y hormigón de unos 320 g/cm² —165 g/cm² de galena en una capa de unos 60 cm, con una lámina de 2 cm de plomo encima— sobre una estructura de hormigón armado. El blindaje detiene los electrones y fotones del chubasco; sólo lo atraviesan los muones de más de 500 MeV. Así lo describieron sus constructores en 1962 ante la Academia Pontificia de Ciencias (fuente 2).
La visita del presidente Víctor Paz Estenssoro al Laboratorio, según el archivo, hacia 1960–1964. Su gobierno donó el mineral de plomo del BASJE por decreto de enero de 1962. Archivo del IIF–UMSA · reproducida en Aguirre (1996).El detector de muones terminado, bajo su blindaje de galena y hormigón; el mineral de plomo lo donó el Estado. Archivo del IIF–UMSA · reproducida en Aguirre (1996).
El plomo lo donó el Estado boliviano. Y hay un documento: un decreto supremo de enero de 1962, del gobierno de Víctor Paz Estenssoro, autorizó al Banco Minero la entrega del material con cargo a futuras regalías por exportaciones de concentrados de estaño.
⚠ La transcripción por OCR de esa nota al pie está dañada: aparecen una cantidad («400») y una cifra en dólares (5.849,70) que no se pueden leer con seguridad. Hay que cotejar la nota contra la página impresa y localizar el decreto. Es el tercer instrumento estatal del expediente, después del de 1942 y del DS 02921 de 1952.
Más de sesenta toneladas de equipo llegaron desde Japón y Estados Unidos por los puertos de Arica y Mollendo. A comienzos de 1961 se instalaron los primeros detectores de densidad de electrones en puntos previamente seleccionados de la montaña. Un grupo de cinco se destinó a medir las diferencias de tiempo de llegada de las partículas, para obtener el ángulo de arribo del primario.
Y una dificultad que resume el sitio entero: proteger los detectores de una oscilación térmica que en Chacaltaya alcanza los 20 grados en un solo día, sobre una temperatura media de 5 grados.
1963: los primeros resultados
BASJE tomó datos desde enero de 1962, y en la semana de estudio de la Pontificia Academia de las Ciencias de 1962, en la Ciudad del Vaticano, Clark, Escobar, Murakami y Suga presentaron los resultados de los seis primeros meses (fuente 2): los chubascos observados a 5.200 m están cerca de su máximo desarrollo; las fluctuaciones del número de muones son tres veces menores que al nivel del mar; hay indicios de una «rodilla» en el espectro de tamaños entre 2 × 10⁵ y 5 × 10⁵ partículas; y existe un grupo de chubascos con una proporción extraordinariamente pequeña de muones —unos 3 × 10⁻⁴ de los ordinarios por encima de 10¹⁵ eV— que pueden ser hijos de rayos gamma primarios. Los primeros resultados se publicaron en 1963.
El resultado que sigue siendo referencia
La contribución mayor de BASJE en su primera etapa fue la determinación del espectro de energía de los rayos cósmicos primarios entre 8×10¹⁴ y 4×10¹⁷ eV.
Y dentro de ese espectro, un hallazgo concreto: el exponente de la ley de potencias cambia de −1,8 a −2,2. Lo que eso significa, dicho sin fórmulas: por encima de cierta energía los rayos cósmicos dejan de estar confinados por el campo magnético de la Vía Láctea y empiezan a escaparse de la galaxia. Fue la primera vez que se mostró.
Aguirre lo formula así: aunque hay discusión sobre la magnitud exacta del cambio de exponente,
«no hay duda que la observación hecha por el BASJE es punto de referencia para todos los estudios que sobre rayos cósmicos se hacen hoy en el mundo».
Y añade el segundo legado: en ese mismo periodo, BASJE dio los pasos pioneros para establecer la nueva ciencia de la astronomía de los rayos gamma.
1969–1975: por delante de los aceleradores
El dispositivo inicial operó prácticamente sin modificaciones hasta 1969, cuando comenzó un experimento nuevo: medir el espectro de energía de los protones primarios supervivientes a la altura de Chacaltaya.
Ese experimento fue el primero en mostrar la dependencia de la sección eficaz de choque con la energía, entre 3,4 y 8,8 TeV, antes de que los aceleradores artificiales pudieran verificarla en ese rango.
Los valores medidos de la relación entre el flujo de neutrones y el de protones:
Energía
J_n / J_p
≥ 3,4 TeV
0,59 ± 0,08
4,4 TeV
0,58 ± 0,10
5,9 TeV
0,72 ± 0,15
6,0 TeV
0,78 ± 0,21
8,8 TeV
0,77 ± 0,24
Se publicó en Il Nuovo Cimento en junio de 1975. En 1972 el experimento se dio por concluido y empezó la ampliación del dispositivo para detectar chubascos de gran tamaño, cubriendo un área mayor, con el objetivo de establecer el espectro primario por encima de 10¹⁵ eV, determinar la composición química de la radiación y explorar las interacciones nucleares a esas energías.
Quién más subió
BASJE atrajo a otras instituciones y otros instrumentos:
La Universidad de Michigan instaló una cámara de niebla de 60 pulgadas sobre el detector de muones, y con ella detectores de radiación Cherenkov. Investigadores principales: Wayne Hazen, Alfredo Hendel, Paul Barker, Brian Rennex; por el MIT, George Clark, Hale Bradt y Allan Krieger.
Se hicieron experiencias con cámaras de chispas para medir la estructura fina de los núcleos de las cascadas electromagnéticas.
El grupo de Michigan, con Howard Smith al frente, exploró la detección de pulsos de radio emitidos por los chubascos, distinguiéndolos de los pulsos causados por campos eléctricos atmosféricos.
A finales de los sesenta el MIT dejó el proyecto y entró la Universidad de Maryland, con Martin la Pointe, Gourang Yodh y Howard Laster. Su participación terminó a comienzos de los setenta.
Desde entonces, BASJE fue estrictamente un proyecto cooperativo entre Bolivia y Japón. Y siguió midiendo cuarenta años más.
Paul Barker era además un distinguido ornitólogo. Murió a consecuencia de un accidente en el monte Illimani.
El que se dio la vuelta
En junio de 1965 llegó a La Paz el doctor Charles Forline. Lo recibieron en el aeropuerto y lo dejaron en el hotel. Y desapareció por completo.
Varios días después llegó una nota de disculpas: no se había sentido bien, le había tomado un miedo horrible a la altura, y se había vuelto a Estados Unidos en el primer vuelo disponible.
Lo sustituyó el doctor John Gaebler, que también estuvo poco tiempo.
Nota editorial. Contar esto no es una broma a costa de Forline: es la manera más económica de explicar qué significa 5.200 metros. El sitio debería incluirlo, con respeto, junto a la temperatura de 20 grados de oscilación diaria y las sesenta toneladas de equipo subidas desde el puerto. La dificultad física del emplazamiento es parte de su valor.
Enero de 1972, en Kioto
Un episodio que cierra un círculo. En enero de 1972, durante una estancia de un año en Japón, Carlos Aguirre presentó su trabajo sobre la relación neutrones-protones a muy altas energías en un seminario del Instituto de Estudios Avanzados de la Universidad de Kioto. Entre el público estaba Hideki Yukawa.
Conversaron. Y Yukawa, según Aguirre, recordó con cariño su participación decisiva en la puesta en marcha del proyecto Brasil–Japón, y el descubrimiento del decaimiento pi–mu en Chacaltaya, que le valió el Premio Nobel de Física.
Veinticinco años después de las placas de Lattes, el hombre que predijo la partícula hablaba de esa montaña con un físico boliviano que trabajaba en ella.
1973 · SYS y Turín: cuando las dos técnicas de la montaña se juntaron
Doce años después de los primeros detectores de BASJE, en 1973, se instalaron en Chacaltaya dos grupos nuevos. Llegaron el mismo año, con el mismo objeto de estudio, y ninguno de los dos se fue pronto.
El primero, de la Universidad de Saitama, dirigido por el profesor Tsuneo Matano, para estudiar los chubascos atmosféricos pequeños —del orden de 10¹⁴ eV ⚠—. Es el experimento que la literatura internacional identifica con la sigla SYS: Saitama · Yamanashi · San Andrés (§10.6).
El segundo, de la Universidad de Turín, dirigido por el profesor Giani Navarra, para estudiar las variaciones temporales de esos mismos chubascos pequeños.
10.1 · SYS no duplicaba a BASJE: repartía el trabajo
BASJE apuntaba al extremo alto del espectro —entre 8×10¹⁴ y 4×10¹⁷ eV—. SYS nació para la banda de los chubascos pequeños. Son bandas contiguas del mismo espectro, medidas en el mismo emplazamiento y en los mismos años. A partir de 1973 la montaña cubría un rango de energía mucho más ancho que cualquiera de los dos experimentos por separado.
10.2 · El instrumento híbrido
Éste es el punto que importa. Durante treinta años el Laboratorio albergó dos tradiciones instrumentales que corrían en paralelo sin tocarse:
La cámara de emulsiones de la Colaboración Brasil–Japón, desde 1962: el «sándwich» de plomo, película de rayos X y emulsión nuclear. Ve con extraordinario detalle la interacción nuclear, pero no ve el chubasco entero.
El arreglo de superficie de BASJE, desde 1961: centelleadores y detector de muones. Ve el chubasco entero y su geometría, pero no ve el detalle de la interacción.
En los años ochenta, SYS las juntó en un solo aparato. Aguirre lo describe como «un equipo combinado de emulsiones nucleares y detector de chubascos», dedicado al estudio de rayos gamma de alta energía ⚠ y a la estructura de las cascadas dentro de chubascos atmosféricos extensos. La literatura posterior llama a esa configuración, con ese nombre, un experimento híbrido: «Hybrid experiments operating simultaneously an air-shower array, a hadron calorimeter and an emulsion chamber have been carried out at Mt. Chacaltaya (5200 m, Bolivia)».
Por qué esto pertenece al expediente. El Laboratorio no se limitó a alojar dos programas extranjeros en paralelo durante tres décadas: produjo un tercero que fusionó sus dos técnicas. Es la diferencia entre un emplazamiento hospitalario y un centro con desarrollo instrumental propio.
10.3 · La línea de rayos gamma, sin hueco
El programa de SYS en los ochenta y noventa buscó la emisión difusa de rayos gamma de alta energía a partir de chubascos pobres en hadrones —el eco directo del método de los chubascos pobres en muones con que BASJE había abierto la búsqueda en 1961—. Barrió ocho fuentes de rayos X —Vela X-1, Sco X-1, SS433, X1822-37, V1223 Sgr, X1700-37, X1907+097, AE Aqr— y el centro galáctico, con análisis de emisión constante y de fase.
Todos los resultados fueron negativos. A la fecha del libro de Aguirre no se había detectado concentración especial en ninguna de esas direcciones. Conviene publicarlo así: un sitio que declara sus resultados negativos es más creíble que uno que sólo enumera aciertos.
Con SYS, la línea de la astronomía de rayos gamma en Chacaltaya queda continua durante sesenta años:
BASJE (1961) — chubascos pobres en muones ↓SYS (años 80–90) — chubascos pobres en hadrones; ocho fuentes y el centro galáctico ↓OMEGA (1989) — la propuesta que fijó la ambición ↓ALPACA (hoy) — el cielo austral por encima de 100 TeV
Sin SYS ese linaje tiene un hueco de veinte años. Con SYS es una sola línea.
10.4 · Turín: veintisiete años de presencia italiana
El grupo de Navarra se quedó. En el año 2000 seguía publicando desde Chacaltaya: un trabajo sobre búsqueda de estallidos de rayos gamma con la técnica de partícula única firma, por Turín, a Castellina, Ghia, Morello, Navarra, Trinchero, Vallania y Vernetto, junto a Saavedra, Urzagasti y Velarde por el IIF–UMSA y a colegas de Tokio, Okayama, Ehime y el IPCR. Es otra línea de cooperación internacional sostenida —veintisiete años documentados— que conviene contar en el expediente.
10.5 · Un tercer aval externo: Larry Jones, 1982
1973 es también el año en que el Laboratorio se transforma en Instituto de Investigaciones Físicas y en que, según Aguirre, «se vuelven a acelerar las actividades de investigación en rayos cósmicos en Chacaltaya». Hay un testimonio externo que mide esa recuperación. El físico Larry W. Jones, de la Universidad de Michigan, escribió en 1982:
«Durante mi visita a Bolivia y Brasil he sido impresionado nuevamente por la naturaleza única del Monte Chacaltaya para la investigación de los rayos cósmicos. … Todos conocemos las contribuciones pasadas de Chacaltaya en el mejoramiento de nuestro conocimiento de los rayos cósmicos a altas energías … Fui impresionado personalmente por la comparación entre los programas actuales y aquellos que vi en una visita en 1970, cuando estaban cerca al mínimo.»
L. W. Jones, «Remarks Concerning Cosmic Ray Physics in Latin America», Taller sobre Interacciones de Alta Energía, Río de Janeiro, julio de 1982. Citado por Aguirre (1996).
Un observador externo certifica que el Laboratorio estaba en su punto más bajo en 1970 y visiblemente recuperado en 1982. SYS y el grupo de Turín son parte de esa recuperación. Con esto el expediente tiene tres avales internacionales: la declaración de la IUPAP (1964), la carta de John Linsley (1982) y este texto de Jones (1982).
10.6 · Lo que SYS no es
Se repite a veces que la colaboración con Brasil y Japón se formaliza con SYS. No es así, y conviene fijarlo antes de que entre en el expediente. La Colaboración Brasil–Japón se gesta entre 1958 y 1962 —Taketani en São Paulo, la carta de Yukawa a Lattes en 1959, el coloquio de Kioto de 1961, la llegada de Fujimoto y Yokoi con las primeras emulsiones en abril de 1962— once años antes de SYS, y por una vía enteramente distinta (hito 07).
La confusión es razonable: los tres proyectos tienen participación japonesa, están en la misma montaña, y desde los ochenta SYS usa emulsiones nucleares, que es la técnica emblemática de la Colaboración. Pero son tres proyectos distintos y coexistentes; el propio Aguirre los nombra por separado —«el BASJE, la Colaboración Brasil–Japón y el SYS»—. Y la diferencia es justamente lo que hace interesante a SYS: no es una rama de ninguno de los dos, es el lugar donde los dos se encuentran.
Qué significa la sigla SYS. Aguirre sólo indica que así se identifica el experimento «en la literatura internacional». La sigla desarrolla Saitama · Yamanashi · San Andrés, las tres universidades socias. Lo fijan dos fuentes independientes: el CERN Courier del 30 de octubre de 2000, que menciona «the Saitama Yamanashi-San Andres collaboration», y las filiaciones de los autores del artículo del grupo en Physical Review D62, 032003 (2000) —Universidad de Saitama, Universidad de Yamanashi y Universidad Mayor de San Andrés—.
El nombre del experimento lleva dentro el de la universidad boliviana. SYS no fue un experimento japonés alojado aquí: la sigla reconoce a la UMSA como uno de sus tres socios constituyentes. ⚠ Confirmar en fuente japonesa de primera mano y establecer desde cuándo se usa así.
1987–2015: la última etapa, el arreglo pequeño y la luz Cherenkov
Lo que cerró en 2015 no fue el detector de muones, sino la línea de arreglos de superficie que lo había sucedido. Conviene contarla, porque es la que llevó el nombre BASJE hasta el siglo XXI.
Septiembre de 1987. El grupo de Fumio Kakimoto (Instituto Tecnológico de Tokio), con el IIF, puso en marcha un arreglo pequeño de chubascos: treinta y tres centelladores sin blindar sobre unos 8.000 m² y uno blindado en el centro, para chubascos de más de 2 × 10¹³ eV. Es el arreglo que la literatura llama MAS (minimum air shower array) y que aparece en las publicaciones como BASJE-MAS.
Agosto de 2001 – octubre de 2002. Dentro del MAS se instalaron detectores de luz Cherenkov atmosférica: el chubasco produce en el aire un destello azul de nanosegundos, y su distribución lateral depende de la masa del núcleo primario. Con más de 3.000 sucesos se midió la composición en la rodilla del espectro (10¹⁴·⁵–10¹⁶ eV): la masa media resultó mayor que la del carbono; el protón ya no domina en la rodilla.
Octubre de 2010.Yoshiki Tsunesada (entonces en el Instituto Tecnológico de Tokio; hoy profesor de la Universidad Metropolitana de Osaka) puso en operación con Pedro Miranda, Juan Salinas y Wilfredo Tavera, del IIF, un sistema híbrido: un arreglo de 49 centelladores sobre 500 × 650 m y siete detectores Cherenkov nuevos, no formadores de imagen, colocados en línea radial cada 50 m desde el centro, con señales de 10–100 ns digitalizadas a 1 GHz, para chubascos de más de 3 × 10¹⁵ eV. El objetivo: la composición por encima de la rodilla, en la región donde los rayos cósmicos galácticos dejan paso a los extragalácticos. En 2011 se renovó el sistema de adquisición del arreglo.
2012–2014: siete cajas que se abren solas. Cada detector Cherenkov era una caja de 45 × 45 cm y 95 cm de alto con un solo fotomultiplicador de cinco pulgadas (Hamamatsu R1250) bajo un filtro azul, un digitalizador a 1 GHz y un pequeño ordenador Linux; una tapa piramidal motorizada se abría al crepúsculo en las noches sin luna y el conjunto funcionaba sin nadie en la montaña, disparado por el arreglo de centelladores (esquema fechado el 12 de septiembre de 2012). Los siete se colocaron en línea, cada 50 m, desde el centro del arreglo. Midieron en septiembre y octubre de 2013 (unas 220 horas) y de mayo a principios de octubre de 2014, hasta acumular unas 700 horas; a fines de 2014 el análisis seguía en marcha. En 2014 el Laboratorio tenía tres físicos, un técnico y cuatro obreros de planta, y la parte japonesa —Katsuya y Tajima de abril a julio; Tsunesada y Nakayama de julio a octubre— se turnaba en la montaña con un presupuesto anual del ICRR de 2,3 millones de yenes.
2015. El arreglo de superficie y el proyecto Cherenkov dejaron de tomar datos ⚠ (director del Instituto, 20 de septiembre de 2026). El detector de muones de la sala Rossi no formó parte de esa última etapa: su fecha de cierre está por fijar.
Detección directa de luz Cherenkov. A diferencia de los telescopios Cherenkov de imagen, estos detectores miran el cielo con un solo fotomultiplicador de gran campo y registran el perfil temporal del destello. A 5.200 m, con la mitad de la atmósfera debajo, el chubasco llega joven y el perfil conserva la huella de su desarrollo longitudinal, es decir, de la masa del primario. Es la misma razón por la que la montaña sirvió para todo lo demás.
La última etapa del BASJE: planta del arreglo de 2010, la línea de siete detectores de luz Cherenkov cada 50 m, el corte de una de las cajas y las noches de medida de 2013–2014. Diagrama: IIF–UMSA, según Tsunesada et al. (2014) y Kakimoto y Tsunesada, ICRR (2014).
Cronología del hito
Fecha
Hecho
1958
Propuesta de Satio Hayakawa (según Kampert y Watson, 2012); experimento piloto en El Alto, antecesor de BASJE.
1959
Minoru Oda viaja a Moscú y habla de chubascos con Escobar y con su antiguo maestro Bruno Rossi.
Comienzos de 1961
Se instalan los primeros detectores de densidad de electrones. Más de 60 toneladas de equipo llegan por Arica y Mollendo. El método se presenta en la Conferencia Internacional de Rayos Cósmicos de Kioto.
5 de enero de 1962
Decreto supremo del plomo (presidente Víctor Paz Estenssoro; número por fijar): el Banco Minero entrega el mineral de plomo con cargo a futuras regalías del estaño. ⚠
Enero de 1962
BASJE entra en operación («in operation since January of this year», informe de 1962).
1962
Informe a la Pontificia Academia de las Ciencias (semana de estudio sobre el rayo cósmico en el espacio interplanetario, Ciudad del Vaticano): Clark, Escobar, Murakami y Suga presentan los seis primeros meses, incluidos los primeros chubascos sin muones. Publicado en Scripta Varia 25 (1963).
1963
Primeros resultados científicos publicados.
Mayo de 1965
Carlos Aguirre se incorpora a BASJE bajo la dirección de Koichi Kamata. Se suman Kevin MacKeown, Antonio Mogro, Andrés Trepp y Oscar Saavedra.
Junio de 1965
Charles Forline llega a La Paz y regresa a Estados Unidos sin subir.
Años 60
Michigan instala una cámara de niebla de 60 pulgadas y detectores Cherenkov. Cámaras de chispas. Detección de pulsos de radio.
Finales de los 60
El MIT deja el proyecto; entra la Universidad de Maryland.
1969
Empieza el experimento de protones primarios supervivientes.
Enero de 1972
Aguirre presenta su trabajo en Kioto y conversa con Hideki Yukawa.
1972
Concluye el experimento de protones; empieza la ampliación para chubascos de gran tamaño.
1973
Llegan los grupos de la Universidad de Saitama (Tsuneo Matano) —el experimento SYS— y de la Universidad de Turín (Giani Navarra), ambos para estudiar chubascos atmosféricos pequeños.
Comienzos de los 70
Termina la participación de Maryland. BASJE pasa a ser estrictamente boliviano-japonés.
Junio de 1975
Il Nuovo Cimento: sección eficaz protón–aire entre 3,4 y 8,8 TeV, antes que los aceleradores.
1982
Larry W. Jones (Michigan) constata por escrito que los programas del Laboratorio, «cerca al mínimo» en 1970, se han recuperado. Tercer aval externo del expediente.
Años 80–90
SYS se convierte en instrumento híbrido —emulsiones nucleares + detector de chubascos— y barre ocho fuentes de rayos X y el centro galáctico. Todos los resultados, negativos.
2000
El grupo de Turín sigue publicando desde Chacaltaya: veintisiete años de presencia italiana continua.
Septiembre de 1987
El grupo de Kakimoto pone en marcha el arreglo pequeño (MAS): 33 centelladores sobre 8.000 m².
Agosto de 2001 – octubre de 2002
Detectores de luz Cherenkov en el MAS: la composición en la rodilla resulta más pesada que el carbono.
Octubre de 2010
Tsunesada pone en operación el sistema híbrido: 49 centelladores sobre 500 × 650 m y siete detectores Cherenkov nuevos, con Miranda, Salinas y Tavera.
2013–2014
Los siete detectores Cherenkov miden unas 700 horas de noches sin luna (sep.–oct. de 2013; mayo–oct. de 2014), sin nadie en la montaña.
2015
El arreglo de superficie y el proyecto Cherenkov dejan de tomar datos ⚠; el detector de muones no formaba parte de esa etapa.
Puntos abiertos
⚠ El decreto del plomo. La nota al pie de Aguirre está dañada en la transcripción: el número «111786» que da el OCR es imposible —los decretos de 1962 tienen cuatro cifras— y tampoco se leen con seguridad la cantidad de material ni la cifra en dólares. El cotejo con el índice de la Gaceta Oficial (19 de septiembre de 2026) descarta además la fecha: los decretos del 5 de enero de 1962 van del 5952 al 5961 y ninguno trata del Banco Minero ni del plomo. Hay que volver a la página impresa del libro para leer número y fecha. Es el tercer instrumento estatal del expediente.
⚠ La grafía de Dardo Beramendi / Veramendi. Aguirre escribe una forma; los archivos fotográficos, otra.
⚠ Qué cerró en 2015 y qué no. Según el director, en 2015 dejaron de medir el arreglo de superficie y el proyecto de luz Cherenkov de Tsunesada, no el detector de muones de la sala Rossi. Faltan: el mes y la forma del cierre; la fecha en que el detector de muones dejó de tomar datos; y los resultados finales del sistema híbrido de 2010–2015: la presentación de diciembre de 2014 (fuente 19) los da «en análisis», y no se ha localizado una publicación posterior. La presentación cuenta 50 centelladores donde el artículo técnico cuenta 49.
⚠ El estado del detector de muones.Esta es la pregunta más importante de este hito para el expediente. El detector de 60 m² con su blindaje de galena y hormigón sobre estructura de hormigón armado es, con diferencia, el elemento material más sustancial que el Laboratorio ha construido. Un expediente patrimonial necesita saber qué queda de él, en qué estado, y qué plan de conservación tiene. Ver §14.
⚠ Los dos exponentes de SYS. La transcripción del libro de Aguirre pierde los exponentes en los dos pasajes sobre SYS («10^n eV»). El primero es casi con seguridad 10¹⁴ eV por el contexto —«chubascos pequeños»—, pero ninguna de las dos cifras debe citarse sin cotejar la página impresa.
⚠ Cuándo terminó SYS, o si sigue. Aguirre escribe «hasta la fecha» en 1996; el grupo seguía publicando en 2000. (El desarrollo de la sigla ya está resuelto: §10.6.)
✅ La referencia de la Pontificia Academia queda completa (fuente 2): el ejemplar está en el IIF y sus páginas 1–5 y la fig. 7 se fotografiaron el 19 de septiembre de 2026. Aguirre la citaba como de 1964 con otro título.
El detector de muones como elemento del bien
Este hito exige una observación que va más allá del relato.
La candidatura ante la UNESCO no protege una idea: protege un lugar y lo que hay en él. Y el objeto construido más importante de ese lugar es el detector de muones de BASJE: quince módulos de cuatro metros cuadrados, un blindaje de galena —mineral de plomo donado por el Estado— y hormigón, una estructura de hormigón armado levantada a 5.200 metros con material subido desde dos puertos del Pacífico.
El expediente necesita, sobre ese objeto:
Un informe del estado de conservación, con fotografías actuales.
La planimetría original, si existe, o un levantamiento nuevo.
Una declaración sobre qué se conserva y qué se ha desmantelado.
Un plan de conservación, aunque sea mínimo. Un bien patrimonial sin plan de conservación es difícil de defender.
La decisión de si el detector debe ser accesible a las visitas y en qué condiciones.
Sin esto, el hito 06 es una historia magnífica sobre algo que ya no se puede ver. Con esto, es el corazón material de la candidatura.
Argumento para la candidatura ante la UNESCO
Formulación breve (para la página):
Cincuenta y cuatro años del mismo experimento en el mismo emplazamiento, de 1961 a 2015. En ese tiempo dio la primera evidencia de que los rayos cósmicos de altísima energía escapan de la galaxia, midió la sección eficaz protón–aire antes que los aceleradores, y abrió la astronomía de rayos gamma.
Formulación desarrollada (para el expediente):
Continuidad excepcional de la serie. Cincuenta y cuatro años de operación ininterrumpida del mismo experimento en el mismo lugar es una rareza en la historia de la física experimental. Para un expediente patrimonial es, además, la mejor prueba posible de integridad: el uso científico del bien no se interrumpió.
Dos resultados que se adelantaron a la instrumentación mundial. La evidencia del escape galáctico —«punto de referencia para todos los estudios que sobre rayos cósmicos se hacen hoy en el mundo», según Aguirre— y la medición de la sección eficaz protón–aire entre 3,4 y 8,8 TeV antes de que los aceleradores llegaran a ese rango. Una montaña boliviana midió, con detectores enterrados bajo plomo, algo que las máquinas más caras del mundo aún no alcanzaban.
La apertura de una disciplina. BASJE dio los pasos pioneros de la astronomía de rayos gamma de muy alta energía. Esa línea llega sin interrupción hasta ALPACA, que en la misma montaña observará el cielo austral por encima de 100 TeV (hito 10). La continuidad no es sólo del sitio: es del programa científico.
Una cooperación que formó comunidad. MIT, Tokio, IPCR, Michigan y Maryland pasaron por el proyecto y se fueron; el equipo boliviano y el japonés se quedaron cuarenta años más. El sitio no fue una estación de paso para expediciones extranjeras: formó y sostuvo un grupo científico local, cuyos nombres están documentados.
Un sitio que produjo instrumento propio. En los años ochenta el experimento SYS fundió las dos grandes técnicas que el Laboratorio había albergado por separado durante veinte años —la cámara de emulsiones y el arreglo de superficie— en un solo aparato híbrido. Chacaltaya no fue sólo un emplazamiento hospitalario: fue un lugar donde la instrumentación evolucionó. Y la línea de la astronomía de rayos gamma —BASJE 1961 → SYS años 80 → OMEGA 1989 → ALPACA hoy— queda continua durante sesenta años, sin hueco (§10).
Existe un objeto. El detector de muones es el elemento material que da soporte físico a la candidatura. Documentar su estado es prioritario (§14).
Fuentes
Carlos Aguirre Bastos, Medio siglo de ciencia en Bolivia. El Laboratorio de Física Cósmica de Chacaltaya de la UMSA, Fundación Universitaria Simón I. Patiño, La Paz, 1996, cap. «El proyecto BASJE».
G. Clark, I. Escobar, K. Murakami y K. Suga, «Extensive Air Showers at 5200 metres above sea level and search for high energy primary gamma rays», en Semaine d'étude sur le problème du rayonnement cosmique dans l'espace interplanétaire, Pontificiae Academiae Scientiarum Scripta Varia 25, Ciudad del Vaticano, 1963 (semana de estudio de 1962), pp. 29 y ss. Ejemplar en el IIF; páginas fotografiadas el 19 de septiembre de 2026. ⚠ Aguirre cita el volumen como de 1964.
H. Bradt et al., Proceedings of the International Conference on Cosmic Rays. ⚠ Referencia por completar.
C. Aguirre et al., «Energy spectrum of surviving primary protons with energies (3–30) TeV at 5,200 m.a.s.l. and the cross-section for proton–air nucleus collisions», Il Nuovo Cimento, vol. 27 B, n.º 2, junio de 1975.
C. Aguirre, «Correlation of pulsar positions and the arrival directions of air showers observed at Chacaltaya», J. Phys. A: Math. Nucl. Gen., vol. 7, n.º 12, 1974.
C. Aguirre et al., «Electrons in large air showers observed at 5,200 m above sea level», J. Phys. G: Nucl. Phys., vol. 5, n.º 1, 1979.
C. Aguirre, «La relación neutrones a protones en Chacaltaya», Resumen de Labores, n.º 46, mayo de 1972; y «Determinación del camino libre medio de colisión de partículas primarias observadas en Chacaltaya», Resumen de Labores, n.º 52, 1973/74, p. 123.
Decreto supremo del plomo del BASJE, enero de 1962. ⚠ Número y fecha por fijar en la página impresa de Aguirre; no está entre los decretos del 5 de enero de 1962 (5952–5961).
N. Inoue et al., «Very High Energy Gamma Rays with Energies Above 10^n eV Observed at Mt. Chacaltaya», Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 14B (1990), North-Holland. ⚠ Exponente por cotejar.
R. Ticona et al., «Studies on UHE Gamma Rays at Southern Hemisphere». Varios trabajos y tesis doctorales.
L. W. Jones, «Remarks Concerning Cosmic Ray Physics in Latin America», Taller sobre Interacciones de Alta Energía, Río de Janeiro, julio de 1982. Citado por Aguirre (1996).
A. Castellina, P. L. Ghia, F. Kakimoto, T. Kaneko, C. Morello, G. Navarra, K. Nishi, O. Saavedra, G. Trinchero, D. Urzagasti, P. Vallania, A. Velarde, H. Yoshii, «Search for gamma-ray bursts with the single particle technique at Mt. Chacaltaya», ~2000. astro-ph/0011241
«Hadronic- and electromagnetic-cores of air-showers observed by hybrid experiments at high mountains», arXiv:1010.2708.
«Boost for Andean cosmic ray laboratory», CERN Courier, 30 de octubre de 2000.
C. Aguirre et al., «Simultaneous observation of families and accompanied air showers at Mt. Chacaltaya. II», Physical Review D62, 032003 (2000).
F. Kakimoto, S. Ogio, Y. Shirasaki, N. Gironda, T. Kaneko, H. Yoshii, T. Baba, K. Nishi, N. Tajima, Y. Yamada, S. Shimoda, H. Nakatani, E. Gotoh, Y. Toyoda, K. Murakami, Y. Matsubara, Y. Mizumoto, W. Velásquez y A. Velarde, «A small air-shower array at Mount Chacaltaya», Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 373, 1996, pp. 282–289. doi:10.1016/0168-9002(95)01508-6.
H. Tokuno, F. Kakimoto, S. Ogio, D. Harada, Y. Kurashina, Y. Tsunesada, N. Tajima, Y. Matsubara, A. Morizawa, O. Burgoa, E. Gotoh, K. Kadota, T. Kaneko, M. Kubo, P. Miranda, T. Mizobuchi, Y. Mizumoto, K. Murakami, H. Nakatani, K. Nishi et al., «The cosmic ray primary composition at the knee region from lateral distributions of atmospheric Čerenkov photons in extensive air showers», Astroparticle Physics, vol. 29, n.º 6, 2008, pp. 453–460. doi:10.1016/j.astropartphys.2008.05.001.
Y. Tsunesada, R. Katsuya, Y. Mitsumori, K. Nakayama, F. Kakimoto, H. Tokuno, N. Tajima, P. Miranda, J. Salinas y W. Tavera, «New air Cherenkov light detectors to study mass composition of cosmic rays with energies above knee region», Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 763, 2014, pp. 320–328. doi:10.1016/j.nima.2014.06.054.
F. Kakimoto y Y. Tsunesada, «ボリビア空気シャワー共同実験 (BASJE)» [Experimento conjunto boliviano de chubascos atmosféricos], presentación en la reunión de resultados del programa de uso compartido del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos (ICRR), Universidad de Tokio, 13 de diciembre de 2014, 20 diapositivas (archivo ICRR-2014-Bolivia.key, exportado a PDF). Copia en el IIF–UMSA.
Nota de investigación interna: nota_SYS_y_la-colaboracion-brasil-japon.md (septiembre de 2026), en esta misma carpeta.
Cómo citar esta página
«1960–2015 · BASJE y los primeros pasos de la astronomía de rayos gamma». Laboratorio de Física Cósmica de Chacaltaya, Instituto de Investigaciones Físicas, UMSA. https://chacaltaya.umsa.bo/es/
Este sitio se está construyendo
El Laboratorio de Física Cósmica de Chacaltaya es candidato a Patrimonio de la Humanidad. Si tiene documentos, fotografías o recuerdos del Laboratorio, el proyecto quiere conocerlos.
