El detector de rayos cósmicos AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer) está instalado en la Estación Espacial Internacional (ISS). Tras 7 años de toma de datos publica en Physical Review Letters la medida más precisa del flujo de núcleos de neón (Ne), magnesio (Mg) y silicio (Si) en los rayos cósmicos interestelares en el rango de rigidez desde 2.15 GV hasta 3.0 TV; en concreto, se han recolectado 1.8×10⁶  núcleos de Ne, 2.2×10⁶  de Mg y 1.6×10⁶  de Si. Lo más sorprendente es que los espectros de Ne, Mg y Si para una rigidez mayor de 200 GV son diferentes de los de los núcleos más ligeros (He, C y O); no se sabe la causa. Por otro lado, los espectros de Ne y Mg son casi idénticos, pero los de Mg y Si difieren por debajo de 86.5 GV; tampoco se sabe la razón.

Te recuerdo que la rigidez es el cociente entre la energía y la carga eléctrica de un rayo cósmico, por lo que se mide en voltios (GV son gigavoltios y TV son teravoltios). Se usa la rigidez en lugar de la energía porque bajo un campo magnético los núcleos (A,Z), con diferente masa y carga eléctrica, se aceleran por igual si tienen la misma rigidez, R ∼ A/Z. La heliosfera protege a la Tierra de los rayos cósmicos de rigidez pequeña, por eso el flujo de núcleos en los rayos cósmicos crece con la rigidez, hasta alcanzar un valor más o menos constante por encima de cierto valor. La explicación teórica de los resultados observados por AMS-02 dará lugar a múltiples publicaciones en los próximos años. Habrá que estar al tanto de lo que nos aclaran sobre los campos magnéticos del medio interestelar.

El artículo es AMS Collaboration, «Properties of Neon, Magnesium, and Silicon Primary Cosmic Rays Results from the Alpha Magnetic Spectrometer,» Phys. Rev. Lett. 124: 211102 (29 May 2020), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.211102; más información divulgativa en Matteo Rini, «New Data Reveal the Heavy Side of Cosmic Rays,» APS Physics 13: 87 (29 May 2020) [web], y en Ana Lopes, «Cosmic rays throw up surprises, again,» News, CERN, 29 May 2020 [web]. Recomiendo el vídeo de la charla de Samuel Ting, «Latest Results from the AMS Experiment on the International Space Station,» CERN, 24 May 2020 [Webcast].

Los rayos cósmicos (primarios) con una energía cinética mayor de 1 GeV/n (un gigaelectrónvoltio por nucleón) tienen un origen interestelar (la mayoría en supernovas). La mayoría son desviados por los campos magnéticos de la heliosfera, que actúa como un escudo de protección; aunque parte se fisiona en núcleos más ligeros, los llamados rayos cósmicos secundarios. Como muestra esta figura los resultados de AMS-02 son los más precisos obtenidos hasta ahora para núcleos de Ne, Mg y Si en los rayos cósmicos. En la presentación de los nuevos resultados en una charla en el CERN, el premio Nobel Samuel Ting (MIT), investigador principal de AMS-02, afirmó que el espectro detallado de estos rayos cósmicos en función de la rigidez y de la energía cinética todavía no ha sido predicho por los físicos teóricos. Una oportunidad que muchos no desaprovecharán.

Una de las sorpresas en los espectros en función de la rigidez ha sido la diferencia entre los núcleos ligeros (He, C y O) y los pesados (Ne, Mg y Si). La razón deben ser las propiedades del medio interestelar en el que se propagan estos rayos cósmicos; quizás la razón sea la turbulencia en los campos magnéticos del medio. También es una sorpresa que el espectro de Si sea similar, pero un poco mayor, al de los otros núcleos; se esperaba que fuera un poco menor, pues la probabilidad de fragmentación de los núcleos de silicio debería ser mayor que la de otros núcleos pesados.

Sin lugar a dudas unos resultados sorprendentes que provocarán una ola de publicaciones por parte de los astrofísicos teóricos; con seguridad ayudarán a entender mejor los campos magnéticos del medio interestelar que aceleran los rayos cósmicos. Sin lugar a dudas los experimentos y los observatorios siguen siendo la guía más firme para entender la Naturaleza.