06:00 hrs.  13  de Abril de 2006

 

 

Boletín UNAM-DGCS-277

Ciudad Universitaria 

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PARTICIPA LA UNAM EN INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA INTERNACIONAL CON EL OBSERVATORIO PIERRE AUGER DE RAYOS CÓSMICOS

 

·        Los científicos universitarios José Francisco Valdés, Juan Carlos D'Olivo y Lukas Nellen refirieron que el trabajo busca develar el misterio que envuelve a los rayos cósmicos de alta energía

·        Son las partículas más energéticas que existen en el universo y que llegan a la Tierra

·        Destaca la colaboración de la Universidad Nacional

 

Destaca la participación de científicos de la UNAM en la investigación internacional para develar el misterio que envuelve a los rayos cósmicos de alta energía, formados por las partículas más energéticas que existen en el universo, meta del Observatorio Pierre Auger.

 

José Francisco Valdés, Juan Carlos D'Olivo y Lukas Nellen, colaboran en el experimento más grande y sofisticado a escala mundial para lograr el objetivo antes señalado, el cual resolverá uno de los problemas centrales de la astrofísica contemporánea y cuyos resultados también podría tener implicaciones para el conocimiento de la física de partículas elementales.

 

En este sentido, la Universidad Nacional se ha inmiscuido en la construcción y operación del Observatorio, así como en el análisis de los datos obtenidos. Entre las tareas realizadas, cabe destacar el diseño y desarrollo del “software offline” por parte del equipo en donde participa Lukas Nellen, y gracias al cual es posible el procesamiento de la información que llega desde las galaxias.

Al respecto, José Francisco Valdés, director del Instituto de Geofísica, explicó que los rayos cósmicos son partículas subatómicas (por ejemplo, protones), que arriban a nuestro planeta con un rango de energías que va de los 1010 a los 1020 electrón volts (eV).

 

Una magnitud de 1020 eV equivale a una pelota de tenis que viaja a 160 kilómetros por hora, pero su tamaño es muchísimo mayor al de un protón; de modo comparativo, sería como una gota de agua frente al volumen de tres mil veces los océanos de la Tierra. “Imaginar que existe en el universo algo capaz de acelerar partículas subatómicas hasta esas enormes energías cuesta trabajo. De ahí la necesidad de medirlas y para este propósito sirve el Observatorio Pierre Auger”, indicó.

 

Sin embargo, abundó, el problema es que pocas de ellas alcanzan nuestro mundo. Con una energía de 1010 eV  proceden alrededor de 100 partículas por metro cuadrado por segundo; de hecho, todo el tiempo atraviesan los objetos a nuestro alrededor, e incluso, a nosotros mismos. Sin embargo, con una magnitud de 1020, sólo arriba una partícula por kilómetro cuadrado por siglo.

 

El flujo es tan pequeño que para estudiar el fenómeno se requiere la construcción de grandes detectores y aprovechar los procesos ocurridos en el ambiente terrestre cuando ingresa un rayo cósmico, dijo José Francisco Valdés.

 

"A medida que llegan a la alta atmósfera se encuentran con un medio más denso hasta que, a alturas de alrededor de 20 kilómetros, el choque con alguno de sus núcleos de nitrógeno u oxígeno, principalmente, es inevitable y se rompen, generando así un chubasco de partículas”, expuso.

 

Luego de la colisión se producen cerca de mil corpúsculos que, a su vez, golpean otros núcleos como reacción en cadena, y siguen con una lluvia que se detiene cuando la energía de cada una ya no alcanza para más reacciones, aclaró Juan Carlos D'Olivo, del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN).

 

 

Al llegar con una velocidad cercana a la de la luz, una sola partícula "primaria" de 1020 eV genera 200 mil millones "secundarias" que caen en una superficie de alrededor de 15 kilómetros cuadrados, aseveró. Para captar alrededor de mil rayos cósmicos de ese tamaño, en los próximos 20 años, se necesita un observatorio de tres mil kilómetros cuadrados, similar a casi el doble de la superficie de la Ciudad de México; o sea, un detector con una extensión equivalente a la que existe de Chalco a Cuajimalpa y de Topilejo a Indios Verdes.

 

El primero de dos observatorios ya está en construcción, apuntó. Se eligió la Pampa Amarilla, zona semidesértica en Mendoza, Argentina, por su ubicación alejada de poblaciones y su cielo despejado. El Observatorio Norte será construido en Colorado, EUA, apuntó.

 

Hasta ahora se desconoce qué partículas forman estos rayos ultraenergéticos, llegados desde fuera de nuestra galaxia, aunque se cree que podrían ser protones, núcleos atómicos, o fotones. En el Observatorio se emplean dos técnicas para detectarlas: la primera se basa en la fluorescencia. Las partículas del chubasco traen tanta energía que excitan a las moléculas de nitrógeno de la alta atmósfera, pero sin ionizarlas, es decir, sin arrancarles los electrones por completo, detalló.

 

Los que quedan en nivel energético más alto tienden a alcanzar un estado de menor energía y emiten luz con intensidad equivalente a un foco de 5 watts a 20 kilómetros de altura. Este destello dura microsegundos y su recorrido es captado por cuatro detectores de espejos, que concentran luz en una cámara de fotomultiplicadores sensibles que, a su vez, la convierten en pulsos eléctricos, afirmaron.

 

El otro procedimiento, sostuvo Lukas Nellen, también del ICN, consiste en una red de mil 600 detectores –500 de los cuales fueron aportados por México–, ubicados cada kilómetro y medio en el área mencionada de tres mil kilómetros cuadrados.

 

Se trata de contenedores de agua pura con capacidad para 12 mil litros, especificó. Su definición es posible gracias a que las partículas secundarias viajan a mayor velocidad que la luz en el agua y al hacerlo, por estar cargadas, cuando penetran en un depósito emiten "luz Cherenkov".

Dentro de cada estanque hay una superficie que refleja esa luz, la cual va a parar a unos fototubos que la convierten en señal eléctrica. Mediante una antena, cada uno manda sus datos a un centro de procesamiento de información y ahí, una computadora registra las señales cuando se trata de un chubasco, es decir, cuando sus miembros envían su respectivo mensaje.

 

Ambas técnicas se complementan y con ellas "es suficiente para captar la información que se necesita para reconstruir las características del rayo primario", afirmó.

 

José Valdés añadió que por tratarse de un detector complejo se requiere la participación de 280 expertos en el estudio de los rayos cósmicos, partículas elementales, detectores, simulación numérica, electrónica, computación, óptica, condiciones atmosféricas, entre otros campos, provenientes de 18 países y 55 instituciones.

 

Además de lo ya mencionado, con los resultados arrojados por el Observatorio se espera corroborar la predicción teórica conocida como "corte GZK", explicó Juan Carlos D'Olivo.

 

Lo anterior se debe a que el medio interestelar está lleno de una tenue nube homogénea de fotones, que sobrevivieron a la Gran Explosión que dio origen al universo: la radiación cósmica de fondo.  Debido a su interacción con ellos, los rayos cósmicos ultraenergéticos no pueden atravesar las grandes distancias intergalácticas sin ver su fuerza degradada.

 

Mientras mayor sea la energía inicial de la partícula, la perderá con mayor rapidez; a partir de una cierta distancia, debe existir un límite para la velocidad con que una partícula llega a la Tierra: el corte GZK.

 

La existencia o no de dicho fenómeno tiene consecuencias tanto en astrofísica, como para las teorías de los constituyentes fundamentales de la materia. Hasta la fecha el único experimento en funcionamiento que tiene la capacidad de resolver el enigma es el Observatorio Pierre Auger, lo que explica que la comunidad científica espere sus resultados con marcado interés, finalizaron.

 

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PIES DE FOTO

 

 

FOTO 01.

 

Develar el misterio que envuelve a los rayos cósmicos de alta energía es la meta del Observatorio Pierre Auger, donde científicos de la UNAM participan, señaló José Francisco Valdés, director del Instituto de Geofísica.

 

 

FOTO 02.

 

Los investigadores de la UNAM Lukas Nellen y Juan Carlos D'Olivo explicaron su intervención en el experimento más grande y sofisticado del mundo para detectar rayos cósmicos ultra-energéticos.