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Las partículas
partículas
í
más poderosas del Universo
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Angélica Bahena Blas y Wolfgang Bietenholz
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E

l año pasado se celebró el centenario del descubrimiento de los rayos cósmicos, que zumban por todo el universo, con energías muy variadas: algunos de ellos son las partículas más energéticas que existen.
Sin embargo, la teoría predice que no deberían existir rayoscósmicos
cuya energía exceda un cierto valor gigantesco (es decir, que su energía debe presentar un “corte”). Esto es difícil de verificar, ya que las mediciones son todavía
controvertidas.
Observar este corte nos daría la oportunidad única de explorar conceptos establecidos de la física en condiciones extremas. Si las mediciones contradijeran la
existencia del corte, nos encontraríamos frente a unfenómeno físico que no podría ser descrito por las teorías establecidas.

Descubrimiento de los rayos cósmicos
A lo largo de nuestras vidas nos hallamos rodeados –y penetrados– por varios
tipos de radiación. La humanidad ha sido consciente de ello desde principios del
siglo XX, cuando fueron desarrollados los primeros instrumentos para detectar “radiación ionizante” (flujo de partículas conenergía suficiente para separar electrones de las moléculas que atraviesa, lo que provoca que pasen de ser neutras a tener
carga eléctrica; ionizarse). Se identificaron fuentes dentro de la Tierra, como el
metal de radio. Pero, ¿se origina dentro de nuestro planeta toda la radiación que
nos rodea?
De ser así, la intensidad de esta radiación debería decrecer rápidamente conforme nos alejamos delnivel del suelo. Para comprobarlo, el jesuita alemán Theodor
Wulf realizó pruebas en la cima de la torre Eiffel, pero su medición no confirmó el
decrecimiento esperado. Una crítica que le hicieron fue que la presencia de toneladas de metal podría haber afectado sus resultados.
Posteriormente se efectuaron experimentos más rigurosos en globos aerostáticos. En 1912 el físico austriaco ViktorHess, durante siete viajes en globo, observó que la radiación ionizante decrecía sólo ligeramente hasta unos 2,000 metros

I-2 ciencia

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abril-junio 2013

Comunicaciones libres

sobre el nivel del suelo, y a medida que la altura aumentaba más (hasta los 5,350 metros), incluso se incrementaba gradualmente. Hess interpretó su observación
correctamente: una parte significativa de laradiación debía provenir de fuera de la Tierra. Comparó
datos tomados de día, de noche y durante un eclipse, y
concluyó que el Sol no era una fuente relevante de
estos “rayos cósmicos”.
En 1938 aconteció otro evento clave. El científico
francés Pierre Auger observó que varios detectores
Geiger que se encontraban bastante separados (por decenas o cientos de metros), a menudo presentaban señalescoincidentes. Auger explicó este fenómeno de la
siguiente manera: una partícula de rayos cósmicos muy
energética, proveniente del espacio exterior, ingresa
en la atmósfera terrestre y choca con moléculas ahí
presentes. Esta colisión violenta detona una cascada
de “partículas secundarias”, denominada chubasco atmosférico (la partícula que proviene directamente de la
radiación cósmica sedenomina “partícula primaria”).
Así, Auger habría detectado partículas secundarias pertenecientes al mismo chubasco atmosférico, las cuales
llegan a nivel del suelo prácticamente al mismo tiempo.
La formación de un chubasco atmosférico se ilustra
en la Figura 1. Podría compararse con un juego de billar
donde, al comienzo, la bola blanca “primaria” golpea va-

Rayo cósmico
primario
Rayo cósmicoprimario
Núcleos
0
–

Fotones UV de
fluorescencia

Partículas
cargadas

+
0

e+

0

e–

+

e+ e–
e+ e–

Figura 1. Esquema de la formación de un chubasco atmosférico.
Se observa la llamada luz de fluorescencia (ultravioleta o azulada) y la producción de piones (π), que decaen rápidamente en
partículas más ligeras conocidas como leptones (e, µ, ν), y en fotones (γ, que...