El fascinante estudio de los rayos cósmicos
El Proyecto Pierre Auger
Edgar Casimiro Linares
Cada segundo la superficie de nuestro planeta es bombardeada por pequeñísimas partículas provenientes del espacio que viajan a velocidades cercanas a la de la luz. Los científicos llaman a estas partículas rayos cósmicos.
El estudio de los rayos cósmicos ha sido una larga y emocionante aventura científica. Por decenios, los investigadores que han querido entender sus misterios, han remontado enormes alturas escalando montañas o usando globos aerostáticos, se han internado en las oscuras profundidades de la Tierra, y viajado a los lugares más inaccesibles del globo, para realizar sus experimentos. Sus investigaciones han respondido muchas preguntas, y suscitado muchas otras.
Hoy sabemos que la mayoría de los rayos cósmicos son protones y conocemos su "espectro de energía", es decir, sabemos con que frecuencia los rayos cósmicos de una determinada energía llegan a la Tierra. Si bien son muchísimas las partículas que nos bombardean con energías "moderadas", varios centenares por metro cuadrado por segundo, son menos las que llegan con energías mayores.
Por ejemplo, para poder detectar un rayo cósmico con energía superior a 10^20 electrón-volt (energía comparable a la que recibe un balón de futbol al ser pateado desde el tiro penal) en un área de un kilómetro cuadrado, en promedio tendríamos que esperar un siglo. Así que si quisiéramos estudiar los rayos cósmicos de estas energías, tendríamos que usar detectores enormes y esperar muchos años para poder acumular una muestra de rayos cósmicos suficientemente grande para poder realizar estudios cuantitativos y poder extraer algunas conclusiones.
Los rayos cósmicos de muy alta energía son las partículas más energéticas conocidas en el universo. Hasta ahora nadie ha podido explicar convincentemente de qué forma se producen ni cuáles son los mecanismos de aceleración que les permiten alcanzar sus enormes energías. El enigma constituye uno de los retos más importantes de la astrofísica moderna, y su solución puede alterar notablemente nuestro concepción actual del universo.
El Proyecto Pierre Auger es un esfuerzo internacional de unos 250 científicos de 20 países cuyo objetivo es estudiar los rayos cósmicos de mayor energía que llegan a la Tierra para tratar de resolver estos misterios.
El Proyecto Auger se propone construir dos enormes redes de detectores, una en la pampa Argentina, en la provincia de Mendoza, y la otra en el desierto de Utah, en Estados Unidos. Se requieren dos redes de detectores, una en cada hemisferio, para poder escudriñar la totalidad de la esfera celeste.
Cada instalación consistirá de mil 600 detectores distribuidos al nivel del suelo (red de superficie) en un área de 3 mil kilómetros cuadrados (dos veces el área del DF) y de 30 telescopios que observarán el volumen de atmósfera encima de la red de superficie.
Cuando un rayo cósmico de alta energía incide sobre la atmósfera de la Tierra, al chocar con las moléculas del aire, da origen a una inmensa cascada de partículas subatómicas que viajan a través de la atmósfera y que al llegar al suelo pueden cubrir un área de varios kilómetros cuadrados.
Operando permanentemente, los detectores de superficie muestrearán los restos de las cascadas a su lleg
ada al suelo. Cada detector de superficie contiene, en un robusto tanque de plástico, 12 toneladas de agua. Cuando ciertas partículas de la cascada atraviesan el agua, generan débiles pulsos luminosos que luego se convierten a señales eléctricas por medio de sensores colocados en las tapas de los tanques.
Combinando las señales proveniente de los detectores del arreglo, se podrá reconstruir la cascada y medir las características de la partícula que la originó: su masa, su energía, y su dirección de llegada a la Tierra.
El observatorio de Mendoza se comenzó a construir a finales del 1999. A la fecha se han colocado unos 40 detectores de superficie, y se ha comenzado la instalación de los primeros telescopios. Se espera terminarlo en unos 4 o 5 años más. La construcción del observatorio de Utah debe comenzar en el 2003. Ambos observatorios operarán durante unos 20 años.
Los iniciadores y líderes del proyecto son el físico estadunidense James Cronin, premio Nobel de Física en 1980, de la Universidad de Chicago, y el físico escocés Alan A. Watson, de la Universidad de Leeds en el Reino Unido. Ha sido también promotor clave del proyecto el físico francés Murat Boratav (Universidades París VI y VII). El proyecto lleva el nombre del físico francés, pionero en el área de rayos cósmicos, que en 1938 predijo la existencia de las cascadas atmosféricas: Pierre Auger.
Son unos 20 los investigadores mexicanos que representan al país en esta aventura científica. Dirige al grupo el doctor Arnulfo Zepeda Domínguez, del Cinvestav del IPN.
Las otras instituciones nacionales participantes son: la UNAM, la Universidad Autónoma de Puebla, la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, y el Instituto Nacional de Astrofísica Optica y Electrónica.
El Proyecto Pierre Auger es financiado en parte por el Conacyt. También recibe apoyo de la SEP.
El autor es investigador asociado en el laboratorio de física nuclear y altas energías, en la Universidad de París y colaborador del Proyecto Pierre Auger