Historia de la investigación de rayos cósmicos

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Los Rayos Cósmicos de alta energía

La historia de la investigación de los rayos cósmicos es un relato romántico de aventura científica. Durante este siglo, investigadores de rayos cósmicos han escalado montañas, flotado sobre globos de aire caliente y viajado a los rincones lejanos de la tierra en su pesquisa por entender a estas partículas que se mueven velozmente desde el espacio. Sus exploraciones han resuelto misterios científicos y revelado muchos más. El Proyecto Pierre Auger continúa la tradición al comenzar la búsqueda de la fuente desconocida de los rayos cósmicos de la más alta energía hasta ahora observados.

1912. Victor Hess, el padre de la investigación de los rayos cósmicos y un intrépido científico austríaco, comenzó una serie de arriesgados vuelos en globos aerostáticos, llegando a 5000 metros de altura. A medida que ascendía, registraba a través de electroscopios un aumento significativo de cargas libres en la atmósfera; las moléculas de aire perdían electrones haciéndose conductores de electricidad. Estas mediciones demostraron la existencia de lo que Hess llamó “radiación penetrante proveniente del espacio”, pero no aportaron claves definitivas sobre su naturaleza. El suyo fue el primero de muchos viajes audaces realizados por los físicos para estudiar los rayos cósmicos.


1929. Usando la recién inventada cámara de niebla, Dimitri Skobelzyn observó las primeras huellas fantasmales dejadas por los rayos cósmicos.


1932. Robert Millikan, conocido por su ingeniosa medición de la carga del electrón, los bautizó “rayos cósmicos”. Cósmicos por su evidente origen en el espacio exterior al sistema solar, y rayos porque sospechaba que se trataba de rayos gamma, la radiación electromagnética más penetrante conocida en esa época. Pero fue creciendo la evidencia de que los rayos cósmicos eran, en realidad, en su mayoría partículas energéticas con masa.


1932. Mientras observaba las trazas de rayos cósmicos que pasaban a través de su cámara de niebla, Carl Anderson descubrió la antimateria bajo forma del anti-electrón, llamado más tarde positrón. Un positrón es una partícula exactamente igual al electrón pero con carga opuesta, positiva.

 


1937. Seth Neddermayer y Carl Anderson descubrieron la partícula subatómica llamada muón en los rayos cósmicos. El positrón y el muón fueron los primeros de una serie de partículas subatómicas descubiertas usando a los rayos cósmicos descubrimientos que dieron lugar a la ciencia de la física de partículas elementales. Los físicos de partículas usaron los rayos cósmicos para su investigación hasta el surgimiento de los aceleradores de partículas en los años cincuenta.


1938. Pierre Auger, quien había ubicado detectores de partículas en las alturas de los Alpes, notó que dos detectores colocados a muchos metros de separación indicaron ambos la llegada de partículas exactamente al mismo tiempo. Auger había descubierto los "chubascos aéreos extendidos'', lluvias de partículas subatómicas secundarias causadas por la colisión de partículas primarias de alta energía con moléculas de aire. Sobre la base de sus mediciones, Auger concluyó que había observado chubascos con energías de 1015 eV, diez millones de veces más altas que cualquier conocida antes.


1949. Enrico Fermi propuso una explicación para la aceleración de los rayos cósmicos. En el acelerador de "choque'' para los rayos cósmicos imaginado por Fermi, los protones aumentan su velocidad al rebotar sobre nubes magnéticas que se mueven en el espacio. Se cree que estrellas que explotan (supernovas) actúan como tales aceleradores cósmicos, pero ellas solas no pueden dar cuenta de los rayos cósmicos de la más alta energía.


1962. El evento de Volcano Ranch. El primer rayo cósmico con energía alrededor de 1020 eV fue detectado por John Linsley en el arreglo de superficie del Instituto Tecnológico de Massachusets ubicado en Volcano Ranch (Nuevo México, EEUU), en febrero de 1962. Este singular evento aumento en un factor 50 el extremo del espectro energético de los rayos cósmicos conocido hasta ese momento, y fue el primer evento registrado con energía mayor o igual a 1020 eV. El arreglo de Volcano Ranch consistía en 19 detectores de centelleo cubriendo un área de aproximadamente 7 km2, y operó entre los años 1958 a 1972.

Para más información ver: J. Linsley, Phys. Rev. Lett., 10 (1963) 146.


1966. En los comienzos de los sesenta Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron que micro-ondas de baja energía permean el universo. Kenneth Greisen, Vadem Kuzmin y Georgi Zatsepin (GZK) señalaron que los rayos cósmicos de alta energía interactuarían con el fondo de micro-ondas. La interacción reduciría su energía, de modo que las partículas que viajaran a través de grandes distancias intergalácticas no podrían tener energías mayores de 5 x 1019 eV.


1991. El grupo de investigación de rayos cósmicos Fly's Eye (Ojo de Mosca) en los Estados Unidos observó un evento de rayo cósmico con una energía de 3 x 1020 eV. Algunos eventos con energías de 1020 eV habían sido encontrados 30 años anteriores, pero éste era claramente el más energético.

 


1994. El grupo AGASA en Japón presentó un evento con energía de 2 x 1020 eV. Los eventos de Fly's Eye y AGASA son mayores en energía que cualquiera visto antes. ¿De dónde vienen estos dos rayos cósmicos de alta energía? Ninguno parece apuntar hacia un objeto astrofísico que pudiera haberles impartido tales enormes energías.


1995. Un grupo internacional de investigadores empieza a diseñar estudios para un nuevo observatorio de rayos cósmicos, el Proyecto Pierre Auger, denominado así en honor al descubridor de las cascadas cósmicas. El nuevo observatorio usará un arreglo gigante de detectores para medir grandes números de lluvias a partir de los rayos cósmicos de más alta energía. Trazando los rayos cósmicos de alta energía hacia su fuente desconocida, aumentará la comprensión del origen y evolución del universo.


2001. El evento de AGASA. El evento de mayor energía reportado hasta el presente (Agosto/2001) es el evento medido por el detector AGASA, ubicado en Japón, en Mayo de 2001, con una energía asignada de 2,5 x 1020 eV.

Para la calibración de estos eventos se utilizo el programa AIRES, cuyo autor es Sergio Sciutto, del Departamento de Física de la Universidad Nacional de La Plata, quien ha dicho: "... esto demuestra que los Argentinos también somos parte de la ciencia, y además de la ciencia de la mas avanzada frontera que existe al momento".

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