Descubrimiento de los rayos cósmicos

Aprovecharé la oportunidad para relatarles de manera breve la historia alrededor del descubrimiento de los rayos cósmicos. A finales del siglo XIX, las fronteras de la Física comprendían varios fenómenos interesantes, en particular los relacionados con el electromagnetismo y la radioactividad recién descubierta. Un experimento muy simple que se hace para estudiar la carga de los objetos resultó ser crucial para relacionar estos dos aspectos. La principal idea es que si a un par de láminas finas de metal se les carga eléctricamente, éstas se separaran, de acuerdo con la conocida relación entre cargas del mismo signo. La construcción de este instrumento, conocido como electroscopio, es un ejercicio muy común en la escuela secundaria, y consiste en tomar un frasco de vidrio con tapa, perforarla e introducir un alambre que pase a través de ésta, y en el extremo del alambre que está en el interior del frasco, colocar un par de láminas de papel aluminio. Si tocamos el extremo de afuera del alambre con un peine de plástico o algún objeto similar, las láminas recibirán la carga eléctrica acumulada por el peine a través del alambre. Sin embargo, después de un tiempo, dichas láminas acabaran juntándose, independientemente de qué tan bien haya sido construido el electroscopio.

Un físico austriaco llamado Víctor Hess se percató de este hecho y se preguntó lo siguiente: ¿Por qué acaban descárgandose las hojas de metal del electroscopio? La explicación más frecuente era que la radiactividad natural de los elementosquimicos  presentes en la tierra acababa por descargar al electroscopio, pues según se acababa de descubrir por Henri Becquerel en 1896, estos elementos emiten partículas cargadas de manera espontánea. Para probar esta hipótesis, un padre jesuita alemán llamado Teodoro Wulf propuso en 1909 realizar mediciones de la velocidad de descarga en un electroscopio, mejor que el descrito antes, desde la cúspide de la Torre Eiffel (de 300 m de altura), y encontró que no había variación con respecto a las medidas hechas a nivel del suelo. Sin embargo, Hess propuso hacer este experimento alejándose de la tierra notablemente, es decir, montar no uno sino tres electroscopios de muy alta calidad en un globo y observar su comportamiento en la medida que ascendía. Lo que se encontró fue que los electroscopios se descargaban más rápidamente en la medida que aumentaba la altura del globo, “a partir de los mil metros el efecto es notable y a cinco mil metros es varias veces más rápida la descarga a comparación de a nivel del mar”,  indicando que había una radiación incidente desde “afuera” de la Tierra. En particular, realizó un vuelo el 12 de abril de 1912, día en que hubo un eclipse solar casi total, y al no observar variación en la velocidad de descarga durante el fenómeno, concluyó que el Sol no era la principal fuente de estos rayos extraterrestres, al menos hasta donde su equipo se lo permitió. Estos históricos vuelos se realizaron entre 1911 y 1912, y por los resultados encontrados, se considera a Víctor Hess el descubridor de los rayos cósmicos.

Es pertinente mencionar que desde 1907 a 1911, de manera independiente, un físico italiano llamado Doménico Pacini cuestionó la explicación de que la ionización del aire medida tenía su origen en la radiactividad del suelo terrestre y para esto hizo experimentos en las montañas y a varias profundidades, primero en un lago y posteriormente en el mar. En 1911 medió el nivel de la radiación sumergiendo un electroscopio a gran profundidad en el mar. Los resultados de estos experimentos, en palabras de Pacini fueron: “De acuerdo con las mediciones reportadas, hay una componente medible de la ionización que hay en la atmósfera, originada por radiación penetrante independiente de la acción directa de las sustancias radiactivas presentes en la corteza terrestre”

En 1936, Víctor Hess recibió el Premio Nobel junto con Carl Anderson, por el descubrimiento de la radiación cósmica el primero, y por el descubrimiento de la primera antipartícula (el positrón o electrón positivo) al observar el paso de rayos cósmicos en una cámara de niebla el segundo; claramente, a Pacini ni lo mencionaron. Un comentario adicional sobre esta radiación “externa” es que mientras Hess la llamó radiación extraterrestre, Robert Millikan, uno de los mejores físicos experimentales del siglo XX, escribió: “Como esta radiación parece provenir de todas direcciones, se podría llamar genéricamente rayos cósmicos”.

 

 

· Doménico Pacini haciendo mediciones en Roma en 1910
· De los archivos de la familia Pacini

 

 

Actualmente, consideramos a los rayos cósmicos como partículas (rayos gamma, electrones, protones y núcleos ionizados) con energías desde 1 millón de electrón voltios (1×106 eV) hasta varias veces 1020eV.* Y se originan en el Sol, en estrellas como las supernovas, nuestra galaxia o en otras galaxias, dependiendo de la energía.

Los rayos cósmicos y nosotros

A esta altura, el lector podría preguntarse: ¿Y a mí que me importan los rayos cósmicos? Bueno, mencionaré que son responsables de procesos tan importantes como la modificación del ADN de las células y por lo tanto de promover la evolución; forman el isótopo radiactivo C14 ampliamente usado para datar materia orgánica, entre otros fenómenos. Finalmente diremos que ésta es el área de estudio de la llamada Física de las Astropartículas, pues incluye a las partículas elementales desde su detección en la Tierra así como las fuentes astronómicas y los procesos involucrados en su producción, logrando así conectar nuestro conocimiento sobre los elementos más pequeños con los objetos astronómicos enormes y distantes que forman el Universo.

 

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