Fisica

Los cien años de los

Figura 1. Victor Hess en la góndola de su globo lleno de hidrógeno en algún momento alrededor de 1912. El 7 de agosto de ese año, alcanzó una altitud de 5.000 m, y descubrió que la radiación ionizante que estaba investigando definitivamente aumenta con la altitud. Su hallazgo es considerado como el descubrimiento de los rayos cósmicos. (Cortesía de la Sociedad Americanade Física.)

rayos cósmicos

Per Carlson

Veinte años después de la desconcertante ionización atmosférica que llevó al descubrimiento de los rayos cósmicos, cuya investigación inauguro la física de partículas. Ahora tenemos una ventana en la astrofísica extra-galáctica.

En la ciudad bohemia de Aussig el 7 de agosto de 1912, el físico austríaco Victor Franz Hess hizo su séptimo vuelo englobo de ese año (véase gráfico 1). El globo lleno de hidrógeno lo llevaría, por primera vez, a una altura de unos 5000 metros. Para su sorpresa, Hess descubrió que sus electroscopios cuidadosamente calibrados mostraron que la ionización de la atmósfera no disminuye al aumentar la altitud. En cambio, a 4500 m, mide una ionización alrededor de tres veces que estando en el suelo. En ese momento Hessaterrizó seis horas más tarde, cerca de Berlín, unos 200 km al norte, había hecho un dramático descubrimiento que marca el comienzo de la física de rayos cósmicos.
Hess y otros llevarón a cabo este tipo de vuelos en globo para investigar la misteriosa radiación invisible que ya había sido encontrado por Charles Augustin de Coulomb en 1785. Coulomb encontró que una esfera metálica cargada, sola enel aire, poco a poco pierde su carga. Un siglo más tarde William Crookes observó que la velocidad a la que un electroscopio pierde su carga disminuye con la disminución de la presión.
Pronto hubo un flujo constante de descubrimientos quel cambio el rumbo del siglo 20: Joseph J. Thomson descubrió el electrón, Wilhelm Röntgen descubrió los rayos x, y Henri Becquerel descubrió la radiactividad. Laradiación de rayos X y de las sales de uranio de Becquerel mostró similares propiedades de penetración, y ambos podían ionizar el aire. Marie y Pierre Curie también descubrieron nuevos elementos radiactivos. La escena estaba preparada para una investigación más general de la conductividad eléctrica del aire.
A principios del siglo 20, muchos físicos de Europa y América del Norte hicieronimportantes contribuciones al estudio de la ionización atmosférica. El instrumento de investigación principal fue el electroscopio en un recipiente cerrado. Con la mejora del aislamiento, la sensibilidad del electroscopio se incrementó y su velocidad de descarga pudo ser medida. Charles TR Wilson y otros pronto informaron de los resultados de sus observaciones separadas de la descarga del electroscopio.Llegaron a la conclusión de que la ionización debe ser causada por los rayos X o rayos gamma procedentes de fuera de la embarcación. Sin embargo, otras explicaciones también se consideraron. Wilson en un momento sugirió que la fuente de radiación, incluso podría ser extraterrestre.

Per Carlson es profesor emérito de física en el real Instituto Sueco de Tecnología en Estocolmo.

Está claro quehabía que investigar los efectos de blindaje. Ernest Rutherford y otros encontraron en 1903 que la ionización se redujo cuando el electroscopio estaba protegido por un metal libre de radiactividad. Así, al menos una parte de la ionización del recipiente cerrado tenía que ser debido a algún tipo de radiación penetrante. La creencia general, era que la radiación penetrante vino de un materialradiactivo de la corteza terrestre. Así que se calculó cómo la radiación debe disminuir al aumentar la altura sobre el suelo.
Theodor Wulf, un científico alemán y sacerdote jesuita de servicio en los Países Bajos, estaba fascinado por la radiación penetrante que descargaba electroscopios. Había mejorado la fiabilidad y la sensibilidad de los electroscopios mediante la introducción de dos cables...