El observatorio Pierre Auger de rayos cósmicos afirma que los de mayor energía parecen núcleos de hierro en lugar de protones

Por Francisco R. Villatoro, el 4 marzo, 2010. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 1
Comparación entre resultados experimentales y teóricos para la profundidad de la "lluvia aérea" de rayos cósmicos: valor medio <Xmax> y error cuadrático medio RMS(Xmax). Las curvas teóricos corresponden a diferentes modelos para los rayos cósmicos, desde protones a iones de hierro. (C) Pierre Auger Collaboration.

La máxima energía que alcanzará el LHC del CERN en el centro de masas será de 14 TeV (teraelectronvoltios), 14 billones de electronvoltios, para colisionés p-p (protón contra protón), pero será sólo de 8’8 TeV para colisiones p-Pb (protón contra núcleo de plomo) y de 5’5 TeV para colisiones Pb-Pb (que serán estudiadas por el experimento ALICE). Estas energías son moco de pavo comparadas con las que se observan en los rayos cósmicos más energéticos detectados. Rayos cósmicos con energías de decenas de millones de TeV, es decir, de EeV (exaelectronvoltios = 106 TeV = 1018 eV). Lo sorprendente es que un estudio reciente apunta a que dichos cósmicos no son protones, como se pensaba, sino núcleos de hierro (Fe). Alucinante. Núcleos de hierro que inciden en la Tierra con una energía de exaelectronvoltios. Así lo ha descubierto la Colaboración Pierre Auger que ha publicado el artículo técnico (ya aceptado en PRL) The Pierre Auger Collaboration, «Measurement of the Depth of Maximum of Extensive Air Showers above 1018 eV,» ArXiv, 3 Feb 2010. Visto gracias a «Highest Energy Cosmics Rays are Iron Nuclei!,» Collider Blog, 3 Mar. 2010.

¿Lo que constituya los rayos cósmicos tiene una masa que crece conforme la energía crece hasta alcanzar los 59 EeV? ¿La composición de los rayos cósmicos varía conforme la energía aumenta? En dicho caso, ¿dónde se pueden originar estos núcleos de hierro? ¿Qué fuerzas del universo son capaces de acelerarlos a energías tan altas? Muchas preguntas y por ahora pocas respuestas. Los físicos del Pierre Auger no se atreven a hacer conjeturas. Ofrecen sus datos, lanzan el guante y esperan a que otros lo recojan y traten de darle sentido. ¡Increíble! Como afirmó el físico Isidor Isaac Rabi (Premio Nobel en 1944) «Who ordered that?»

El espectro de energía (der.) de los rayos cósmicos de alta energía observados por la Colaboración Pierre Auger cambia muy poco en función de su composición (izq.), tanto si son protones como si son núcleos de hierro. El espectro (der.) se ajusta bien mediante leyes de potencia.

Lo sorprendente es que el ajuste entre teoría y experimento para el espectro de energía de los rayos cósmicos de alta energía observados por la Colaboración Pierre Auger no se ve muy afectado por la composición de estos rayos cósmicos. Tanto si son protones como si son núcleos de iones pesados los resultados observados en los detectores se explican bien con los modelos teóricos. El espectro fue publicado recientemente en (artículo aceptado en Physics Letters B) The Pierre Auger Collaboration, «Measurement of the energy spectrum of cosmic rays above 1018 eV using the Pierre Auger Observatory,» ArXiv, 9 Feb 2010. El espectro se puede describir muy bien mediante leyes de potencias de tipo E–γ con γ=3’3 por debajo de las energías con log10(E/eV) = 18’6. Por encima se requiere γ=2’6 combinada con algún mecanismo de supresión del flujo de rayos cósmicos para energías mayores que log10(E/eV) = 19’5.

¿Interesante? En este blog también puedes leer «La astronomía de partículas elementales en los rayos cósmicos ultraenergéticos,» 20 Abril 2009; «La astronomía de partículas elementales en los rayos cósmicos ultraenergéticos,» 20 Abril 2009; «Posible correlación entre rayos cósmicos y cobertura nubosa, ficción o realidad,» 5 Septiembre 2008; y «Duro revés a la hipótesis de que los rayos cósmicos son responsables del cambio climático,» 1 Mayo 2009.



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