BASJE e os primeiros passos da astronomia de raios gama
Cinquenta e quatro anos do mesmo experimento no mesmo sítio
Marcos 06
Cinquenta e quatro anos. O mesmo experimento, no mesmo sítio, desde os primeiros detectores de 1961 até o encerramento do arranjo de superfície em 2015. Nesse tempo o BASJE deu a primeira evidência de que os raios cósmicos de altíssima energia começam a escapar da galáxia, mediu uma grandeza nuclear antes que os aceleradores pudessem verificá-la, e deu os passos pioneiros de uma disciplina que hoje tem observatórios em quatro continentes.
O que buscava
O Bolivian Air Shower Joint Experiment (Experimento Conjunto Boliviano de Chuveiros Atmosféricos) nasceu com três objetivos, formulados com precisão desde o princípio:
Buscar chuveiros gerados por raios gama primários de energias superiores a 10¹⁴ eV.
Buscar evidências de raios cósmicos primários de alto número atômico.
Estudar as características das interações nucleares de super-alta energia, acima de 10¹⁴ eV.
O primeiro desses três objetivos é, visto de hoje, a certidão de nascimento de uma disciplina: a astronomia de raios gama de altíssima energia. Em 1960 ninguém sabia se havia algo a observar.
Quem o construiu
Quatro instituições e quatro nomes:
O início da construção do detector de múons do BASJE. Arquivo do IIF–UMSA · reproduzida em Aguirre (1996).
Instituição
Responsável
Massachusetts Institute of Technology
George Clark
Universidade de Tóquio
Koichi Suga
Instituto de Pesquisas Físicas e Químicas (IPCR), Japão
Kazuaki Murakami
Laboratório de Física Cósmica de Chacaltaya
Ismael Escobar
Aguirre reproduz uma fotografia com uma legenda enxuta — traduzido do espanhol: «As três figuras do BASJE: Ismael Escobar, Bruno Rossi e Koichi Suga.»
E sobre Suga escreve algo que o sítio deve recolher tal como está:
Koichi Suga foi a alma do BASJE durante trinta anos. Seu amplo conhecimento do tema e sua enorme capacidade de trabalho foram fatores fundamentais no êxito científico deste projeto cooperativo. Sua morte em Tóquio ocorreu enquanto analisava os dados de Chacaltaya.
A equipe boliviana
Na primeira etapa: Ángel García, Ramón Schulczewski, José Ipiña, Alfonso Lazo, Israel Saravia, Ricardo Anda, Eduardo Maldonado e Carlos Uria.
Mais adiante: Julio Pacheco, José Rivas, Abelardo García, Elsa Maceda, Iván Geir, Carlos Ormachea, Honorio Vargas, Dardo Beramendi e muitos outros.
Nota editorial. Vários desses nomes aparecem nas fotografias do arquivo de Carlos Ormachea. É o cruzamento mais direto entre o acervo fotográfico do projeto e um marco científico, e convém explorá-lo: são as mesmas pessoas.
⚠ Aguirre escreve «Dardo Beramendi»; os arquivos fotográficos dizem «Dardo Veramendi». Fixar a grafia.
A equipe japonesa
Yoshio Toyoda, Koichi Kamata, Shinkishi Shibata, Tatsunosuke Kaneko, Hisashi Yoshii, Motonobu Nagano, além de técnicos e mestrandos e doutorandos: Hiromitsu Akiyama, Kenji Uchino, Toshiro Maeda, Motonobu Takano, Chiaki Yokoyama, H. Nakatani, M. Kakimoto, Serge Jadot, François Siohan.
Do lado norte-americano, figura importante: Hale Bradt.
Sessenta metros quadrados sob o chumbo
A peça central era um detector de múons de 60 m²: quinze detectores de quatro metros quadrados cada um, sob uma blindagem de galena —minério de chumbo— e concreto de cerca de 320 g/cm² —165 g/cm² de galena numa camada de uns 60 cm, com uma lâmina de 2 cm de chumbo por cima— sobre uma estrutura de concreto armado. A blindagem detém os elétrons e fótons do chuveiro; só a atravessam os múons de mais de 500 MeV. Assim a descreveram seus construtores em 1962 perante a Academia Pontifícia das Ciências (fonte 2).
A visita do presidente Víctor Paz Estenssoro ao Laboratório, segundo o arquivo, por volta de 1960–1964. Seu governo doou o minério de chumbo do BASJE por decreto de janeiro de 1962. Arquivo do IIF–UMSA · reproduzida em Aguirre (1996).O detector de múons concluído, sob sua blindagem de galena e concreto; o minério de chumbo foi doado pelo Estado. Arquivo do IIF–UMSA · reproduzida em Aguirre (1996).
⚠ A transcrição por OCR dessa nota de rodapé está danificada: aparecem uma quantidade («400») e uma cifra em dólares (5.849,70) que não se podem ler com segurança. É preciso cotejar a nota com a página impressa e localizar o decreto. É o terceiro instrumento estatal do dossiê, depois do de 1942 e do DS 02921 de 1952.
Mais de sessenta toneladas de equipamento chegaram do Japão e dos Estados Unidos pelos portos de Arica e Mollendo. No início de 1961 instalaram-se os primeiros detectores de densidade de elétrons em pontos previamente selecionados da montanha. Um grupo de cinco foi destinado a medir as diferenças de tempo de chegada das partículas, para obter o ângulo de chegada do primário.
E uma dificuldade que resume o sítio inteiro: proteger os detectores de uma oscilação térmica que no Chacaltaya alcança os 20 graus num único dia, sobre uma temperatura média de 5 graus.
1963: os primeiros resultados
O BASJE tomou dados desde janeiro de 1962, e na semana de estudo da Pontifícia Academia das Ciências de 1962, na Cidade do Vaticano, Clark, Escobar, Murakami e Suga apresentaram os resultados dos seis primeiros meses (fonte 2): os chuveiros observados a 5.200 m estão perto do seu máximo desenvolvimento; as flutuações do número de múons são três vezes menores que ao nível do mar; há indícios de um «joelho» no espectro de tamanhos entre 2 × 10⁵ e 5 × 10⁵ partículas; e existe um grupo de chuveiros com uma proporção extraordinariamente pequena de múons —cerca de 3 × 10⁻⁴ dos ordinários acima de 10¹⁵ eV— que podem ser filhos de raios gama primários. Os primeiros resultados foram publicados em 1963.
O resultado que segue sendo referência
A maior contribuição do BASJE em sua primeira etapa foi a determinação do espectro de energia dos raios cósmicos primários entre 8×10¹⁴ e 4×10¹⁷ eV.
E dentro desse espectro, um achado concreto: o expoente da lei de potências muda de −1,8 para −2,2. O que isso significa, dito sem fórmulas: acima de certa energia os raios cósmicos deixam de estar confinados pelo campo magnético da Via Láctea e começam a escapar da galáxia. Foi a primeira vez que isso foi mostrado.
Aguirre formula assim: embora haja discussão sobre a magnitude exata da mudança de expoente,
«não há dúvida de que a observação feita pelo BASJE é ponto de referência para todos os estudos que sobre raios cósmicos se fazem hoje no mundo».
E acrescenta o segundo legado: nesse mesmo período, o BASJE deu os passos pioneiros para estabelecer a nova ciência da astronomia dos raios gama.
1969–1975: à frente dos aceleradores
O dispositivo inicial operou praticamente sem modificações até 1969, quando começou um experimento novo: medir o espectro de energia dos prótons primários sobreviventes na altitude do Chacaltaya.
Esse experimento foi o primeiro a mostrar a dependência da secção eficaz de choque com a energia, entre 3,4 e 8,8 TeV, antes que os aceleradores artificiais pudessem verificá-la nessa faixa.
Os valores medidos da relação entre o fluxo de nêutrons e o de prótons:
Energia
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
Foi publicado em Il Nuovo Cimento em junho de 1975. Em 1972 o experimento foi dado por concluído e começou a ampliação do dispositivo para detectar chuveiros de grande tamanho, cobrindo uma área maior, com o objetivo de estabelecer o espectro primário acima de 10¹⁵ eV, determinar a composição química da radiação e explorar as interações nucleares nessas energias.
Quem mais subiu
O BASJE atraiu outras instituições e outros instrumentos:
A Universidade de Michigan instalou uma câmara de nuvens de 60 polegadas sobre o detector de múons, e com ela detectores de radiação Cherenkov. Pesquisadores principais: Wayne Hazen, Alfredo Hendel, Paul Barker, Brian Rennex; pelo MIT, George Clark, Hale Bradt e Allan Krieger.
Fizeram-se experiências com câmaras de faíscas para medir a estrutura fina dos núcleos das cascatas eletromagnéticas.
O grupo de Michigan, com Howard Smith à frente, explorou a detecção de pulsos de rádio emitidos pelos chuveiros, distinguindo-os dos pulsos causados por campos elétricos atmosféricos.
No fim dos anos sessenta o MIT deixou o projeto e entrou a Universidade de Maryland, com Martin la Pointe, Gourang Yodh e Howard Laster. Sua participação terminou no início dos anos setenta.
Desde então, o BASJE foi estritamente um projeto cooperativo entre a Bolívia e o Japão. E seguiu medindo por mais quarenta anos.
Paul Barker era também um distinto ornitólogo. Morreu em consequência de um acidente no monte Illimani.
O que deu meia-volta
Em junho de 1965 chegou a La Paz o doutor Charles Forline. Receberam-no no aeroporto e o deixaram no hotel. E ele desapareceu por completo.
Vários dias depois chegou um bilhete de desculpas: não se sentira bem, tomara um medo horrível da altitude, e voltara aos Estados Unidos no primeiro voo disponível.
Substituiu-o o doutor John Gaebler, que também ficou pouco tempo.
Nota editorial. Contar isso não é uma piada à custa de Forline: é a maneira mais econômica de explicar o que significam 5.200 metros. O sítio deveria incluí-lo, com respeito, ao lado da temperatura de 20 graus de oscilação diária e das sessenta toneladas de equipamento subidas desde o porto. A dificuldade física do sítio é parte de seu valor.
Janeiro de 1972, em Kyoto
Um episódio que fecha um círculo. Em janeiro de 1972, durante uma estadia de um ano no Japão, Carlos Aguirre apresentou seu trabalho sobre a relação nêutrons-prótons a altíssimas energias num seminário do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Kyoto. Entre o público estava Hideki Yukawa.
Conversaram. E Yukawa, segundo Aguirre, lembrou com carinho sua participação decisiva na criação do projeto Brasil–Japão, e a descoberta do decaimento pi–mu em Chacaltaya, que lhe valeu o Prêmio Nobel de Física.
Vinte e cinco anos depois das chapas de Lattes, o homem que previu a partícula falava daquela montanha com um físico boliviano que trabalhava nela.
1973 · SYS e Turim: quando as duas técnicas da montanha se juntaram
Doze anos depois dos primeiros detectores do BASJE, em 1973, instalaram-se em Chacaltaya dois grupos novos. Chegaram no mesmo ano, com o mesmo objeto de estudo, e nenhum dos dois foi embora cedo.
O primeiro, da Universidade de Saitama, dirigido pelo professor Tsuneo Matano, para estudar os chuveiros atmosféricos pequenos —da ordem de 10¹⁴ eV ⚠—. É o experimento que a literatura internacional identifica com a sigla SYS: Saitama · Yamanashi · San Andrés (§10.6).
O segundo, da Universidade de Turim, dirigido pelo professor Giani Navarra, para estudar as variações temporais desses mesmos chuveiros pequenos.
10.1 · O SYS não duplicava o BASJE: repartia o trabalho
O BASJE apontava para o extremo alto do espectro —entre 8×10¹⁴ e 4×10¹⁷ eV—. O SYS nasceu para a faixa dos chuveiros pequenos. São faixas contíguas do mesmo espectro, medidas no mesmo sítio e nos mesmos anos. A partir de 1973 a montanha cobria uma amplitude de energia muito maior do que qualquer um dos dois experimentos em separado.
10.2 · O instrumento híbrido
Este é o ponto que importa. Durante trinta anos o Laboratório abrigou duas tradições instrumentais que corriam em paralelo sem se tocar:
A câmara de emulsões da Colaboração Brasil–Japão, desde 1962: o «sanduíche» de chumbo, filme de raios X e emulsão nuclear. Vê com extraordinário detalhe a interação nuclear, mas não vê o chuveiro inteiro.
O arranjo de superfície do BASJE, desde 1961: cintiladores e detector de múons. Vê o chuveiro inteiro e sua geometria, mas não vê o detalhe da interação.
Nos anos oitenta, o SYS as juntou num único aparelho. Aguirre o descreve como «um equipamento combinado de emulsões nucleares e detector de chuveiros», dedicado ao estudo de raios gama de alta energia ⚠ e à estrutura das cascatas dentro de chuveiros atmosféricos extensos. A literatura posterior chama essa configuração, com esse nome, de 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 que isto pertence ao dossiê. O Laboratório não se limitou a alojar dois programas estrangeiros em paralelo durante três décadas: produziu um terceiro que fundiu suas duas técnicas. É a diferença entre um sítio acolhedor e um centro com desenvolvimento instrumental próprio.
10.3 · A linha dos raios gama, sem lacuna
O programa do SYS nos anos oitenta e noventa buscou a emissão difusa de raios gama de alta energia a partir de chuveiros pobres em hádrons —o eco direto do método dos chuveiros pobres em múons com que o BASJE havia aberto a busca em 1961—. Varreu oito fontes de raios X —Vela X-1, Sco X-1, SS433, X1822-37, V1223 Sgr, X1700-37, X1907+097, AE Aqr— e o centro galáctico, com análise de emissão constante e de fase.
Todos os resultados foram negativos. Na data do livro de Aguirre não se havia detectado concentração especial em nenhuma dessas direções. Convém publicá-lo assim: um sítio que declara seus resultados negativos é mais confiável do que um que só enumera acertos.
Com o SYS, a linha da astronomia de raios gama em Chacaltaya fica contínua durante sessenta anos:
BASJE (1961) — chuveiros pobres em múons ↓SYS (anos 80–90) — chuveiros pobres em hádrons; oito fontes e o centro galáctico ↓OMEGA (1989) — a proposta que fixou a ambição ↓ALPACA (hoje) — o céu austral acima de 100 TeV
Sem o SYS essa linhagem tem uma lacuna de vinte anos. Com o SYS é uma única linha.
10.4 · Turim: vinte e sete anos de presença italiana
O grupo de Navarra ficou. No ano 2000 seguia publicando desde Chacaltaya: um trabalho sobre busca de surtos de raios gama com a técnica de partícula única assinam, por Turim, Castellina, Ghia, Morello, Navarra, Trinchero, Vallania e Vernetto, junto com Saavedra, Urzagasti e Velarde pelo IIF–UMSA e colegas de Tóquio, Okayama, Ehime e do IPCR. É outra linha de cooperação internacional sustentada —vinte e sete anos documentados— que convém contar no dossiê.
10.5 · Um terceiro aval externo: Larry Jones, 1982
1973 é também o ano em que o Laboratório se transforma em Instituto de Investigaciones Físicas e em que, segundo Aguirre, «voltam a acelerar-se as atividades de pesquisa em raios cósmicos em Chacaltaya». Há um testemunho externo que mede essa recuperação. O físico Larry W. Jones, da Universidade de Michigan, escreveu em 1982:
«Durante minha visita à Bolívia e ao Brasil fui impressionado novamente pela natureza única do Monte Chacaltaya para a pesquisa dos raios cósmicos. … Todos conhecemos as contribuições passadas de Chacaltaya no aprimoramento de nosso conhecimento dos raios cósmicos a altas energias … Fui impressionado pessoalmente pela comparação entre os programas atuais e aqueles que vi numa visita em 1970, quando estavam perto do mínimo.»
L. W. Jones, «Remarks Concerning Cosmic Ray Physics in Latin America», Workshop sobre Interações de Alta Energia, Rio de Janeiro, julho de 1982. Citado por Aguirre (1996).
Um observador externo certifica que o Laboratório estava em seu ponto mais baixo em 1970 e visivelmente recuperado em 1982. O SYS e o grupo de Turim são parte dessa recuperação. Com isso o dossiê tem três avais internacionais: a declaração da IUPAP (1964), a carta de John Linsley (1982) e este texto de Jones (1982).
10.6 · O que o SYS não é
Repete-se às vezes que a colaboração com o Brasil e o Japão se formaliza com o SYS. Não é assim, e convém fixá-lo antes que entre no dossiê. A Colaboração Brasil–Japão gesta-se entre 1958 e 1962 —Taketani em São Paulo, a carta de Yukawa a Lattes em 1959, o colóquio de Kyoto de 1961, a chegada de Fujimoto e Yokoi com as primeiras emulsões em abril de 1962— onze anos antes do SYS, e por uma via inteiramente distinta (marco 07).
A confusão é razoável: os três projetos têm participação japonesa, estão na mesma montanha, e desde os anos oitenta o SYS usa emulsões nucleares, que é a técnica emblemática da Colaboração. Mas são três projetos distintos e coexistentes; o próprio Aguirre os nomeia separadamente —«o BASJE, a Colaboração Brasil–Japão e o SYS»—. E a diferença é justamente o que torna o SYS interessante: não é um ramo de nenhum dos dois, é o lugar onde os dois se encontram.
O que significa a sigla SYS. Aguirre apenas indica que assim se identifica o experimento «na literatura internacional». A sigla desenvolve Saitama · Yamanashi · San Andrés, as três universidades sócias. Fixam-no duas fontes independentes: o CERN Courier de 30 de outubro de 2000, que menciona «the Saitama Yamanashi-San Andres collaboration», e as filiações dos autores do artigo do grupo em Physical Review D62, 032003 (2000) —Universidade de Saitama, Universidade de Yamanashi e Universidad Mayor de San Andrés—.
O nome do experimento leva dentro o da universidade boliviana. O SYS não foi um experimento japonês alojado aqui: a sigla reconhece a UMSA como um de seus três sócios constituintes. ⚠ Confirmar em fonte japonesa de primeira mão e estabelecer desde quando se usa assim.
1987–2015: a última etapa, o arranjo pequeno e a luz Cherenkov
O que encerrou em 2015 não foi o detector de múons, mas a linha de arranjos de superfície que o sucedeu. Convém contá-la, porque foi ela que levou o nome BASJE até o século XXI.
Setembro de 1987. O grupo de Fumio Kakimoto (Instituto de Tecnologia de Tóquio), com o IIF, pôs em marcha um arranjo pequeno de chuveiros: trinta e três cintiladores sem blindagem sobre cerca de 8.000 m² e um blindado no centro, para chuveiros acima de 2 × 10¹³ eV. É o arranjo que a literatura chama MAS (minimum air shower array), publicado como BASJE-MAS.
Agosto de 2001 – outubro de 2002. Dentro do MAS foram instalados detectores de luz Cherenkov atmosférica: o chuveiro produz no ar um clarão azul de nanossegundos, cuja distribuição lateral depende da massa do núcleo primário. Com mais de 3.000 eventos mediu-se a composição no joelho do espectro (10¹⁴·⁵–10¹⁶ eV): a massa média resultou maior que a do carbono; o próton já não domina no joelho.
Outubro de 2010.Yoshiki Tsunesada (então no Instituto de Tecnologia de Tóquio; hoje professor da Universidade Metropolitana de Osaka) pôs em operação com Pedro Miranda, Juan Salinas e Wilfredo Tavera, do IIF, um sistema híbrido: um arranjo de 49 cintiladores sobre 500 × 650 m e sete detectores Cherenkov novos, não formadores de imagem, dispostos em linha radial a cada 50 m a partir do centro, com sinais de 10–100 ns digitalizados a 1 GHz, para chuveiros acima de 3 × 10¹⁵ eV. O objetivo: a composição acima do joelho, na região em que os raios cósmicos galácticos dão lugar aos extragalácticos. Em 2011 renovou-se o sistema de aquisição do arranjo.
2012–2014: sete caixas que se abrem sozinhas. Cada detector Cherenkov era uma caixa de 45 × 45 cm e 95 cm de altura com um único fotomultiplicador de cinco polegadas (Hamamatsu R1250) sob um filtro azul, um digitalizador a 1 GHz e um pequeno computador Linux; uma tampa piramidal motorizada abria-se ao crepúsculo nas noites sem lua e o conjunto funcionava sem ninguém na montanha, disparado pelo arranjo de cintiladores (esquema datado de 12 de setembro de 2012). Os sete foram dispostos em linha, a cada 50 m, a partir do centro do arranjo. Mediram em setembro e outubro de 2013 (cerca de 220 horas) e de maio ao início de outubro de 2014, acumulando cerca de 700 horas; no fim de 2014 a análise ainda estava em curso. Em 2014 o Laboratório tinha três físicos, um técnico e quatro operários de quadro, e a parte japonesa —Katsuya e Tajima de abril a julho; Tsunesada e Nakayama de julho a outubro— revezava-se na montanha com um orçamento anual do ICRR de 2,3 milhões de ienes.
2015. O arranjo de superfície e o projeto Cherenkov deixaram de tomar dados ⚠ (diretor do Instituto, 20 de setembro de 2026). O detector de múons da sala Rossi não fez parte dessa última etapa: sua data de encerramento está por fixar.
Detecção direta de luz Cherenkov. Diferentemente dos telescópios Cherenkov de imagem, estes detectores olham o céu com uma única fotomultiplicadora de grande campo e registram o perfil temporal do clarão. A 5.200 m, com metade da atmosfera abaixo, o chuveiro chega jovem e o perfil conserva a marca do seu desenvolvimento longitudinal, isto é, da massa do primário. É a mesma razão pela qual a montanha serviu para todo o resto.
A última etapa do BASJE: planta do arranjo de 2010, a linha de sete detectores de luz Cherenkov a cada 50 m, o corte de uma das caixas e as noites de medida de 2013–2014. Diagrama: IIF–UMSA, segundo Tsunesada et al. (2014) e Kakimoto e Tsunesada, ICRR (2014).
Cronologia do marco
Data
Fato
1958
Proposta de Satio Hayakawa (segundo Kampert e Watson, 2012); experimento piloto em El Alto, antecessor do BASJE.
1959
Minoru Oda viaja a Moscou e conversa sobre chuveiros com Escobar e com seu antigo mestre Bruno Rossi.
5 de janeiro de 1962
Decreto supremo do chumbo (presidente Víctor Paz Estenssoro; número a fixar): o Banco Minero entrega o minério de chumbo a título de futuros royalties do estanho. ⚠
Início de 1961
Instalam-se os primeiros detectores de densidade de elétrons. Mais de 60 toneladas de equipamento chegam por Arica e Mollendo.
1963
Primeiros resultados científicos do BASJE.
Janeiro de 1962
O BASJE entra em operação («in operation since January of this year», relatório de 1962).
1962
Relatório à Pontifícia Academia das Ciências (semana de estudo sobre o raio cósmico no espaço interplanetário, Cidade do Vaticano): Clark, Escobar, Murakami e Suga apresentam os seis primeiros meses, incluídos os primeiros chuveiros sem múons. Publicado em Scripta Varia 25 (1963).
Maio de 1965
Carlos Aguirre incorpora-se ao BASJE sob a direção de Koichi Kamata. Somam-se Kevin MacKeown, Antonio Mogro, Andrés Trepp e Oscar Saavedra.
Junho de 1965
Charles Forline chega a La Paz e volta aos Estados Unidos sem subir.
Anos 60
Michigan instala uma câmara de nuvens de 60 polegadas e detectores Cherenkov. Câmaras de faíscas. Detecção de pulsos de rádio.
Fim dos anos 60
O MIT deixa o projeto; entra a Universidade de Maryland.
1969
Começa o experimento de prótons primários sobreviventes.
Janeiro de 1972
Aguirre apresenta seu trabalho em Kyoto e conversa com Hideki Yukawa.
1972
Conclui-se o experimento de prótons; começa a ampliação para chuveiros de grande tamanho.
1973
Chegam os grupos da Universidade de Saitama (Tsuneo Matano) —o experimento SYS— e da Universidade de Turim (Giani Navarra), ambos para estudar chuveiros atmosféricos pequenos.
Início dos anos 70
Termina a participação de Maryland. O BASJE passa a ser estritamente boliviano-japonês.
Junho de 1975
Il Nuovo Cimento: secção eficaz próton–ar entre 3,4 e 8,8 TeV, antes dos aceleradores.
1982
Larry W. Jones (Michigan) constata por escrito que os programas do Laboratório, «perto do mínimo» em 1970, se recuperaram. Terceiro aval externo do dossiê.
Anos 80–90
O SYS converte-se em instrumento híbrido —emulsões nucleares + detector de chuveiros— e varre oito fontes de raios X e o centro galáctico. Todos os resultados, negativos.
2000
O grupo de Turim segue publicando desde Chacaltaya: vinte e sete anos de presença italiana contínua.
Setembro de 1987
O grupo de Kakimoto põe em marcha o arranjo pequeno (MAS): 33 cintiladores sobre 8.000 m².
Agosto de 2001 – outubro de 2002
Detectores de luz Cherenkov no MAS: a composição no joelho resulta mais pesada que o carbono.
Outubro de 2010
Tsunesada põe em operação o sistema híbrido: 49 cintiladores sobre 500 × 650 m e sete detectores Cherenkov novos, com Miranda, Salinas e Tavera.
2013–2014
Os sete detectores Cherenkov medem cerca de 700 horas de noites sem lua (set.–out. de 2013; maio–out. de 2014), sem ninguém na montanha.
2015
O arranjo de superfície e o projeto Cherenkov deixam de tomar dados ⚠; o detector de múons não fazia parte dessa etapa.
Pontos em aberto
⚠ O decreto do chumbo. A nota de rodapé de Aguirre está danificada na transcrição: o número «111786» que o OCR dá é impossível —os decretos de 1962 têm quatro algarismos— e também não se leem com segurança a quantidade de material nem a cifra em dólares. O cotejo com o índice da Gaceta Oficial (19 de setembro de 2026) descarta ainda a data: os decretos de 5 de janeiro de 1962 vão do 5952 ao 5961 e nenhum trata do Banco Minero nem do chumbo. É preciso voltar à página impressa do livro para ler número e data. É o terceiro instrumento estatal do dossiê.
⚠ A grafia de Dardo Beramendi / Veramendi. Aguirre escreve uma forma; os arquivos fotográficos, outra.
⚠ O que encerrou em 2015 e o que não. Segundo o diretor, em 2015 deixaram de medir o arranjo de superfície e o projeto de luz Cherenkov de Tsunesada, não o detector de múons da sala Rossi. Faltam: o mês e a forma do encerramento; a data em que o detector de múons deixou de tomar dados; e os resultados finais do sistema híbrido de 2010–2015: a apresentação de dezembro de 2014 (fonte 19) dá-os «em análise», e não se localizou publicação posterior. A apresentação conta 50 cintiladores onde o artigo técnico conta 49.
⚠ O estado do detector de múons.Esta é a pergunta mais importante deste marco para o dossiê. O detector de 60 m² com sua blindagem de galena e concreto sobre estrutura de concreto armado é, de longe, o elemento material mais substancial que o Laboratório construiu. Um dossiê patrimonial precisa saber o que resta dele, em que estado, e que plano de conservação tem. Ver §14.
⚠ Os dois expoentes do SYS. A transcrição do livro de Aguirre perde os expoentes nas duas passagens sobre o SYS («10^n eV»). O primeiro é quase com certeza 10¹⁴ eV pelo contexto —«chuveiros pequenos»—, mas nenhuma das duas cifras deve ser citada sem cotejar a página impressa.
⚠ Quando terminou o SYS, ou se segue. Aguirre escreve «até a presente data» em 1996; o grupo seguia publicando em 2000. (O desenvolvimento da sigla já está resolvido: §10.6.)
✅ A referência da Pontifícia Academia está completa (fonte 2): o exemplar está no IIF e suas páginas 1–5 e a fig. 7 foram fotografadas em 19 de setembro de 2026. Aguirre a citava como de 1964 com outro título.
O detector de múons como elemento do bem
Este marco exige uma observação que vai além do relato.
A candidatura perante a UNESCO não protege uma ideia: protege um lugar e o que há nele. E o objeto construído mais importante desse lugar é o detector de múons do BASJE: quinze módulos de quatro metros quadrados, uma blindagem de galena —minério de chumbo doado pelo Estado— e concreto, uma estrutura de concreto armado erguida a 5.200 metros com material subido desde dois portos do Pacífico.
O dossiê precisa, sobre esse objeto:
Um laudo do estado de conservação, com fotografias atuais.
A planimetria original, se existir, ou um novo levantamento.
Uma declaração sobre o que se conserva e o que foi desmontado.
Um plano de conservação, ainda que mínimo. Um bem patrimonial sem plano de conservação é difícil de defender.
A decisão sobre se o detector deve ser acessível às visitas e em que condições.
Sem isso, o marco 06 é uma história magnífica sobre algo que já não se pode ver. Com isso, é o coração material da candidatura.
Argumento para a candidatura perante a UNESCO
Formulação breve (para a página):
Cinquenta e quatro anos do mesmo experimento no mesmo sítio, de 1961 a 2015. Nesse tempo deu a primeira evidência de que os raios cósmicos de altíssima energia escapam da galáxia, mediu a secção eficaz próton–ar antes dos aceleradores, e abriu a astronomia de raios gama.
Formulação desenvolvida (para o dossiê):
Continuidade excepcional da série. Cinquenta e quatro anos de operação ininterrupta do mesmo experimento no mesmo lugar são uma raridade na história da física experimental. Para um dossiê patrimonial é, além disso, a melhor prova possível de integridade: o uso científico do bem não se interrompeu.
Dois resultados que se anteciparam à instrumentação mundial. A evidência do escape galáctico —«ponto de referência para todos os estudos que sobre raios cósmicos se fazem hoje no mundo», segundo Aguirre— e a medição da secção eficaz próton–ar entre 3,4 e 8,8 TeV antes que os aceleradores chegassem a essa faixa. Uma montanha boliviana mediu, com detectores enterrados sob chumbo, algo que as máquinas mais caras do mundo ainda não alcançavam.
A abertura de uma disciplina. O BASJE deu os passos pioneiros da astronomia de raios gama de altíssima energia. Essa linha chega sem interrupção até o ALPACA, que na mesma montanha observará o céu austral acima de 100 TeV (marco 10). A continuidade não é só do sítio: é do programa científico.
Uma cooperação que formou comunidade. MIT, Tóquio, IPCR, Michigan e Maryland passaram pelo projeto e foram embora; a equipe boliviana e a japonesa ficaram por mais quarenta anos. O sítio não foi uma estação de passagem para expedições estrangeiras: formou e sustentou um grupo científico local, cujos nomes estão documentados.
Um sítio que produziu instrumento próprio. Nos anos oitenta o experimento SYS fundiu as duas grandes técnicas que o Laboratório havia abrigado separadamente durante vinte anos —a câmara de emulsões e o arranjo de superfície— num único aparelho híbrido. Chacaltaya não foi apenas um sítio acolhedor: foi um lugar onde a instrumentação evoluiu. E a linha da astronomia de raios gama —BASJE 1961 → SYS anos 80 → OMEGA 1989 → ALPACA hoje— fica contínua durante sessenta anos, sem lacuna (§10).
Existe um objeto. O detector de múons é o elemento material que dá suporte físico à candidatura. Documentar seu estado é prioritário (§14).
Fontes
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 e K. Suga, «Extensive Air Showers at 5200 metres above sea level and search for high energy primary gamma rays», em Semaine d'étude sur le problème du rayonnement cosmique dans l'espace interplanétaire, Pontificiae Academiae Scientiarum Scripta Varia 25, Cidade do Vaticano, 1963 (semana de estudo de 1962), pp. 29 e ss. Exemplar no IIF; páginas fotografadas em 19 de setembro de 2026. ⚠ Aguirre cita o volume como de 1964.
H. Bradt et al., Proceedings of the International Conference on Cosmic Rays. ⚠ Referência a 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, junho 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, maio de 1972; e «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 do chumbo do BASJE, janeiro de 1962. ⚠ Número e data a fixar na página impressa de Aguirre; não está entre os decretos de 5 de janeiro 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. ⚠ Expoente a cotejar.
R. Ticona et al., «Studies on UHE Gamma Rays at Southern Hemisphere». Vários trabalhos e teses de doutorado.
L. W. Jones, «Remarks Concerning Cosmic Ray Physics in Latin America», Workshop sobre Interações de Alta Energia, Rio de Janeiro, julho 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 outubro 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 e 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 e 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 e Y. Tsunesada, «ボリビア空気シャワー共同実験 (BASJE)» [Experimento conjunto boliviano de chuveiros atmosféricos], apresentação na reunião de resultados do programa de uso compartilhado do Instituto de Pesquisa de Raios Cósmicos (ICRR), Universidade de Tóquio, 13 de dezembro de 2014, 20 slides (arquivo ICRR-2014-Bolivia.key, exportado para PDF). Cópia no IIF–UMSA.
Nota de pesquisa interna: nota_SYS_y_la-colaboracion-brasil-japon.md (setembro de 2026), nesta mesma pasta.
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«1960–2015 · BASJE e os primeiros passos da astronomia de raios gama». Laboratório de Física Cósmica de Chacaltaya, Instituto de Investigaciones Físicas, UMSA. https://chacaltaya.umsa.bo/pt/
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