Hoy haremos un poco de memoria y hablaremos sobre historia, más concretamente sobre el descubrimiento de los rayos cósmicos.
Primero de todo, tenemos que saber qué son las radiaciones ionizantes, y como bien dice el nombre, son emisiones que producen iones positivos al interactuar con los átomos. Es decir, que les arrancan electrones y por tanto acaban portando una carga eléctrica positiva. Durante principios del siglo XIX, los físicos nucleares estaban precisamente estudiando este tipo de radiaciones a partir de diversos elementos radiactivos. Tras un gran número de pruebas e intentos, se dieron cuenta de que les resultaba imposible aislar una muestra de aire de estas radiaciones. Aun utilizando blindados de plomo, se seguían formando iones en su interior. Es aquí donde empezaron a surgir las hipótesis para tratar de dar una explicación a esta cuestión. Parecía obvio que se debía admitir la existencia de una radiación aún más energética capaz de atravesar el blindaje de plomo que se estaba utilizando, y que era suficiente para otras radiaciones.
Todos se convencieron de que esta radiación tan energética debía venir del suelo, pues allí se hallaban los elementos radiactivos a fin de cuentas. Su manera de comprobarlo fue montarse en un globo aerostático y hacer diversas ascensiones, con el fin de averiguar si estas radiaciones todavía existían a varios kilómetros de altura, o bien, ver si por lo menos disminuían. El encargado fue el físico austríaco Victor Franz Hess, y para su sorpresa, no solo seguían detectándose estas radiaciones, sino que además aumentaron. Según tomaba el globo más altura, a mayor velocidad aumentaba la ionización y tanto mayor era el aumento. Estaba claro que no provenían del suelo, sino de más arriba.
Posteriores experimentos comprobaron estos resultados, y dieron por sentado que esta radiación, procedente de algún lugar del espacio, incidía en la Tierra desde todas las direcciones. Fue el físico americano Robert Andrews Millikan, quién, puesto que venían del espacio exterior, denominó a estas radiaciones rayos cósmicos, denominación que todavía utilizamos.
A raíz de esta serie de sucesos surgieron las aspiraciones para conocer la verdadera naturaleza de estos rayos cósmicos. Había dos grandes candidatos, o bien fotones extremadamente energéticos que no se habían visto hasta entonces, o bien partículas masivas especialmente energéticas como resultado de la alta velocidad a la que se encontrarían.
En esa época, todas las partículas con masa que se conocían estaban cargadas eléctricamente, por tanto, dándose el segundo caso, estas partículas debían tener mayor incidencia en los polos que en el ecuador. Esta conclusión viene dada por el campo magnético de la Tierra, que tiene sus polos magnéticos situados en los polos norte y sur. De esta manera, cualquier partícula cargada que incidiera en el campo magnético de la Tierra sería desviada hacia uno de los polos. Tan solo una parte de los rayos cósmicos, los más energéticos, conseguirían atravesar el campo magnético sin desviarse, dando como resultado, una menor incidencia en los trópicos que en los polos. Esto, por otro lado, resultaría indiferente para el primer caso, donde los fotones desprovistos de toda carga, deberían incidir uniformemente por toda la superficie terrestre.
Durante 1930 y los años posteriores, Compton llevó a cabo una serie de pruebas para comprobar experimentalmente estos hechos. Finalmente demostró que la incidencia variaba con la latitud, tal y como cabía esperar de partículas con masa cargadas eléctricamente. Ahora faltaba saber si esta carga era positiva o negativa.
En 1935, el asunto estaba zanjado, las partículas de los rayos cósmicos estaban cargadas positivamente. Pero, ojo, esto solo es cierto si hablamos de las partículas que interactúan por primera vez con la atmósfera, es decir, con la radiación primaria. Estas partículas, una vez entran en contacto con la atmósfera, interactúan con sus átomos dando lugar a otro tipo de partículas, la radiación secundaria.
Tiempo más tarde, se consiguió determinar que los rayos cósmicos, en su radiación primaria, estaban compuestos casi en un 90% de protones, los cuales se encontraban a una velocidad muy cercana a la de la luz. De esta manera, constituían las primeras astropartículas relativistas que se detectaban (esto no quiere decir otra cosa más que vienen del espacio y que se encuentran a velocidades cercanas a la de la luz, algo que por otro lado, alarga su tiempo de vida, pero esto ya lo comentaremos en blogs posteriores).
Verdaderos aceleradores de partículas que la naturaleza pone a nuestra disposición.