rayos cosmicos

LOS EFECTOS GRAVITATORIOS CUANTICOS EN LOS
RAYOS COSMICOS DE ENERGIAS ULTRAALTAS
Jorge Alfaro Solís
Profesor Titular
Facultad de Física, Pontificia Universidad Católica de Chile
Casilla 306, Santiago 22, A.P. 690-4411, Chile
jalfaro@puc.cl

Rayos Cósmicos
104

F lu jo d e R a y o s C o s m i c o s V s . E n e r g ia

102
1 0 -1

γ =2.7

1 0 -4
1 0 -7
1 0 -1 0

r o d i l la1 0 -1 3
1 0 -1 5

γ =3.0

1 0 -1 8
1 0 -2 2

γ =2.8

t o b il lo
1 0 -2 5
1 0 -2 8
109

1 0 11

1 0 13

1 0 15

1 0 17

1 0 19

1 0 21

E n e r g ia [ e V ]

Figura 1: Espectro energético de rayos cósmicos

Cada día estamos siendo bombardeados por una enorme cantidad de
partículas procedentes del Sol, del interior de nuestra galaxia (vía
Láctea) y de fuenteslejanas. Estos son los rayos cósmicos. La
atmósfera filtra gran parte de esta radiación, produciendo cascadas
de partículas secundarias que son detectadas por aparatos instalados
en globos o sobre la superficie de la Tierra. El mayor de estos
detectores se está instalando en Argentina (Pierre Auger
Observatory).

La naturaleza y origen de los rayos cósmicos depende de su energía.
En la Fig.1se presenta la distribución de rayos cósmicos como
función de su energía. En el eje horizontal se especifica la energía en
eV(1eV es la energía adquirida por un electrón al ser acelerado por
una diferencia de potencial de 1V(volt))1 En el eje vertical está el
flujo, es decir el número de rayos cósmicos por unidad de área por
unidad de tiempo.
El espectro cubre aproximadamente desde 1GeV(109eV) hasta
1011GeV.
Para describir el espectro se supone que las fuentes de rayos
cósmicos tienen un flujo de emisión F(E) proporcional a E-γ donde γ
es el índice de generación de la ley de potencia. De esta manera se
puede clasificar el espectro de rayos cósmicos en tres sectores
principales: aquellos con energías bajo la rodilla(E~4x1015eV), con γ
=2.7; los que están entre la rodilla y eltobillo(E~ 4x1018eV), con γ=3.2
y la región ubicada sobre el tobillo con γ =2.7.
Existe un gran número de mediciones y estudios del sector del
espectro con energías menores al tobillo; la existencia de la rodilla
está aún incompletamente explicada. Para energías mayores al tobillo
los rayos cósmicos ya no pueden ser confinados por el campo
magnético de la Vía Láctea y provienen de todas lasdirecciones por
igual. Esto indica que estos rayos cósmicos proceden de fuera de la
Galaxia. Además, las mediciones del grupo experimental Fly's Eye
sugieren que los rayos bajo el tobillo son principalmente núcleos de
átomos pesados(mayormente Fe), mientras que los eventos sobre el
tobillo son exclusivamente protones y neutrones. Esto es consistente
con la hipótesis de que los rayossupra-tobillos son extragalácticos, ya
que los núcleos pesados con energías superiores a 4x1018 eV no
podrían sobrevivir un viaje extragaláctico debido al roce con el Fondo
de Radiación Cósmica (FRC), mecanismo que se describirá más
adelante.
En este artículo nos interesarán los Rayos Cósmicos Altamente
Energéticos(RCAE). Su energía supera los 4x1018 eV.

El Fondo de Radiación Cósmica
Uno de lossoportes experimentales de la Teoría Estándar del Origen
1 1eV=1.6x10-19 Joules

del Universo(Big Bang) fue descubierto en 1965 por Penzias y Wilson.
Estos investigadores constataron la existencia de una radiación
electromagnética que llena el Universo. Su origen se remonta a la
época (379000 años después del Big Bang) ,en que la temperatura del
universo descendió hasta permitir laformación de átomos estables,
con la consiguiente absorción de los electrones libres. Dado que los
electrones libres son los causantes principales de la dispersión de la
luz, la luz se separó de la materia y el universo se volvió transparente.

L o n g itu d d e O n d a [m m ]
2
1
0 .6 7

400

0 .5

D a to s F ir a s . B a r r a s d e e r r o r d e 4 0 0 σ
C u e rp o N e g ro a 2 .7 2 5 K...