Único observatorio de rayos cósmicos - Mendoza - Argentina

El único observatorio de rayos cósmicos de alta energía del mundo está en Mendoza. En él se estudia la radiación más energética que existe en la naturaleza. La determinación de su origen podría hacer tambalear la teoría del Big Bang.

¿QUÉ SON LOS RAYOS CÓSMICOS?
Los rayos cósmicos son partículas que llegan desde el espacio y bombardean constantemente a la Tierra desde todas las direcciones. La mayoría de estas partículas son núcleos de átomos o electrones. Algunas de ellas son más energéticas que cualquier otra partícula observada en la naturaleza. Los rayos cósmicos ultra-energéticos viajan a
una velocidad cercana a la de la luz y tienen cientos de millones de veces más energía que las partículas producidas por cualquier acelerador en el mundo.
Único observatorio de rayos cósmicos - Mendoza - Argentina

¿De dónde provienen los rayos cósmicos ultra-energéticos?
Nadie sabe cuáles son las fuentes de los rayos cósmicos ultra-energéticos. La mayoría de las partículas de rayos cósmicos de baja energía que llegan a la Tierra provienen de algún sitio dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Éstos se cree que provienen de la explosión de estrellas llamadas supernovas. Sin embargo, la mayoría de las partículas de rayos cósmicos ultra-energéticos probablemente provengan de fuentes fuera de la Vía Láctea, pero ¿de dónde?
rayos mendoza
Posibles fuentes emisoras de rayos cósmicos

No conocemos ninguna fuente en el Cosmos que pueda producir partículas con estas energías, ni siquiera en las más violentas explosiones de estrellas. De donde provengan, las partículas de alta energía mantienen secretos respecto de la evolución y posiblemente el origen del universo, debido al enigma de su enorme energía millones de veces mayores de lo que cualquier acelerador terrestre de partículaspuede producir.

¿Cómo se los puede estudiar?
Los rayos cósmicos pueden ser detectados indirectamente en la superficie de la Tierra, observando cascadas de partículas que se producen en el aire. Una cascada ocurre cuando una partícula de alta velocidad choca con una molécula de aire. Fragmentos de esta colisión a su vez chocan con otras moléculas de aire, en una lluvia que continua hasta que la energía de la partícula original se encuentra destruida entre millones de partículas cayendo sobre la Tierra. Midiendo estas cascadas, las propiedades de la partícula o rayo cósmico original pueden ser estudiadas por los científicos.

Por lo tanto, develar su origen permitiría comprender cuáles son las fuentes astrofísicas más energéticas del universo y entender los mecanismos de aceleración de estas partículas. Incluso, podrían contener información sobre la evolución y posiblemente sobre el origen del universo.

Los detectores

El Observatorio utiliza 1600 detectores de partículas espaciados uniformemente en 3000 kilómetros cuadrados para medir las lluvias de rayos cósmicos.
Además en noches oscuras, detectores sensibles a la luz observan ténues fluorescencias creadas por el choque de partículas de la lluvia con moléculas de aire.

Dos tipos de detectores trabajan en conjunto para medir las lluvias de rayos cósmicos:

Detector de superficie
galaxia

Detector de fluorescencia - Edificio Los Leones -
Argentina

¿Qué es al Radiación Cherenkov?

La "Radiación Cherenkov" es la luz emitida por un medio transparente cuando partículas cargadas lo cruzan a una velocidad mayor a la de la luz en ese medio. El efecto, descubierto por Cherenkov en 1934, mientras estudiaba el efecto de los rayos gamma en los líquidos, y explicado en 1937 por I. E. Tamm y I. M. Frank, es análogo a la creación de una explosión de sonido cuando un objeto excede la velocidad del sonido en ese medio. La luz se emite solamente en direcciones con inclinaciones en ciertos ángulos respecto de la dirección del movimiento de la partícula y de su momento (energía). Entonces, simplemente midiendo el ángulo entre la radiación (luz) y la trayectoria de la partícula, se puede determinar la velocidad de la misma. El efecto se utiliza en el contador Cherenkov, un dispositivo para detectar partículas muy rápidas y determinar su velocidad o para distinguir entre partículas con diferentes velocidades.

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cósmicos

El edificio de oficinas del observatorio Pierre Auger


8 de noviembre de 2007. La comunidad científica está plena de rumores y de tensión. Los partidarios de una y otra teoría abroquelan filas. Algunos privilegiados han visto el informe preliminar, pero el mismo es de alto secreto y tiene status de “bloqueado para publicación” hasta que sea analizado por el tribunal revisor y su publicación sea autorizada por el elevado directorio de una colaboración internacional. Science ha logrado exclusividad de la primicia. El contenido final del informe sólo tomará estado público en la edición de noviembre de la renombrada revista, a publicarse cuatro días más tarde. La noticia será nota de tapa.

El contenido del informe reservado comenzara a develar un enigma de 100 años, dirimirá una discusión que ya lleva más de 20 años de apasionadas defensas y ataques sobre la teoría del origen de todo: el Big Bang. En el proyecto estuvieron involucrados cientos de científicos, incluidos dos premios Nobel, y han invertido recursos en él las principales potencias mundiales. El análisis e informe fue elaborado finalmente en el remoto observatorio Pierre Auger, situado en una meseta a 1.400 metros sobre el nivel del mar, en un recóndito lugar a más de 10.000 kilómetros de las principales academias de ciencias europeas y norteamericanas.

Ésta, que podría ser el inicio de cualquier novela de moda sobre logias, códigos, antimateria e intrigas mundiales, es una historia real. Ocurrió en el año 2007, y el informe de la primera determinación científica del origen de los rayos cósmicos de alta energía desde su descubrimiento, 100 años antes, se realizó en el único observatorio existente capaz de hacerlo, que está en Mendoza, en el departamento de Malargüe.

La historia, como corresponde, termina bien. Se determinó con certeza razonable dónde se originan estas bestias cósmicas. Provienen de galaxias con núcleo muy activo. No son, en consecuencia, parte de la radiación de fondo. La teoría del Big Bang ha superado otra prueba.

Hablemos del observatorio. En general, relacionamos la astronomía con telescopios, y los observatorios con esos grandes edificios de techo abovedado que se abren en la noche para escrutar las estrellas. Olvídese. La astronomía existió desde mucho antes de la invención del telescopio y ya trascendió el ámbito de la luz visible. Por ello encontramos en el mundo observatorios que son una gigantesca antena parabólica que analiza el cielo en ondas de radio o muchas antenas integradas mediante ordenadores. Los hay en órbita recibiendo y analizando radiación ultravioleta, rayos x y un largo etcétera.

El Pierre Auger, ubicado en Malargüe, es uno de esos observatorios que no responden al modelo del imaginario colectivo. Está formado por 1.600 tanques detectores repartidos en 3.000 kilómetros cuadrados, y cuatro detectores de fluorescencia, uno en cada esquina de esta área. El conjunto constituye un ingenioso dispositivo de gran alcance y sensibilidad, especialmente concebido para la detección y análisis de rayos cósmicos de alta energía. Su gran extensión geográfica, 50 veces la ciudad de Mendoza, responde a una simple cuenta: La densidad promedio de estos rayos cósmicos tan extraordinarios es de uno por siglo por cada quilómetro cuadrado. Para detectar unos veinte a treinta por año, hacen falta cubrir 3.000 kilómetros cuadrados. Le propongo que usted haga la cuenta.

El proyecto, impulsado por el premio Nobel de Física James Cronin, comienza su construcción en el año 2.000, a cargo de una colaboración internacional en la que se involucran inmediatamente 17 países (no solo a nivel académico, sino con el compromiso de sus gobiernos). Las mediciones se iniciaron pocos meses después, al instalar los primeros detectores y parte de la infraestructura. Pudiendo tomar datos, no había por qué esperar su finalización total. En noviembre de 2.008 se inaugura oficialmente al completar la instalación del último de los 1.600 detectores, en un acto en Malargüe con la presencia de embajadores y delegados de casi todos los países participantes. Una clara idea de la importancia de sus observaciones surge de los entretelones de la publicación de su primer informe, mencionados al comienzo de esta nota.

Trabajan sobre los datos generados por el observatorio más de 400 científicos de 70 Instituciones académicas y científicas del mundo, denominados “autores”. 40 de ellos son argentinos, de los cuales tres son mendocinos.

El staff permanente está formado por 30 ingenieros y técnicos, todos ellos mendocinos.

Pero vamos a lo interesante. ¿Qué es lo que observa este observatorio? “Detectamos de manera indirecta rayos cósmicos de alta energía” nos dice la Doctora Beatriz Garcia, miembro de la colaboración Auger por parte de la UTN. FRM. –Son partículas que llegan a la tierra con una impresionante cantidad de energía, y al impactar con átomos de nuestra atmosfera, allá bien arriba, generan un súbito destello de luz y originan una cascada de partículas. Estas partículas “ secundarias” continúan su viaje a la superficie de nuestro planeta. Para su detección uno tiene que ponerse a buscarlas entre 800 y 1.400 metros sobre el nivel del mar. Más arriba son demasiado energéticas para detectarlas, más abajo se van perdiendo por la densidad de la atmósfera. No casualmente la meseta en donde se instalaron los detectores, llamada Pampa Amarilla, está a 1.400 metros sobre el nivel del mar. Beatriz estuvo involucrada en el proyecto desde el proceso de selección de sitio. Argentina inicialmente competía con Sudáfrica y Australia –los cielos del sur eran más convenientes para la detección-. Elegido nuestro país, las alternativas fueron Rio Negro, Catamarca o Malargüe.

La locación final de Pampa Amarilla fue elegida por tener un cielo sumamente diáfano, poco viento y pocos días nublados al año. Adicionalmente su morfología, una planicie de más de 3.000 metros, a 1.400 sobre el nivel del mar e inclusive baja interferencia radioeléctrica, lo determinaron como el lugar ideal en el mundo para este proyecto, que era impulsado desde hace años por muchos científicos e investigadores. Era necesario para verificar o descartar algunas de las teorías más básicas sobre el origen del universo.

Estos rayos cósmicos de alta energía han sido un enigma desde su primera detección, hace casi 100 años. Bautizados como “rayos” en un principio (equiparable a radiación gamma, por ejemplo), su investigación posterior determinó que se trataba en realidad de “partículas” aceleradas a enormes velocidades. La investigación de este enigma de 100 años condujo, por ejemplo, al descubrimiento de la primera partícula de antimateria (el positrón).

Adicionalmente, hasta los primeros resultados obtenidos acá, en Malargüe, los rayos cósmicos de tan alta energía constituían un posible cabo suelto en la teoría que intenta explicar el origen de todo el universo, el famoso Big Bang.

El punto en cuestión, más allá de todos los vericuetos científicos y técnicos, es el inesperado fenómeno de que lleguen del espacio partículas con tal nivel de aceleración que traen la misma energía que lleva una pelota de tenis en el saque de un top ten. “Energías macroscópicas en partículas subatómicas”, nos dicen los científicos (son muy pequeñas, pero vienen muy rápido, a velocidades cercanas a la de la luz, lo cual da la energía equivalente). Y la verdad, parece que esto no encajaba con ninguna explicación ni modelo previo. Para terminar de ponerlo en escala, estas partículas producen un choque muchas veces más energético que el que puede alcanzar cualquier publicitado acelerador de partículas de los que el hombre ha construido. De allí la detección de antimateria en trazas de rayos cósmicos, ahora en boga en el Gran acelerador de hadrones inaugurado recientemente en Ginebra.

He aquí el dilema por el cual se movilizaron países, medios, científicos, técnicos, ingenieros. Había teorías, claro, alternativas posibles, pero en la ciencia el principio básico es “ experimento mata teoría”. La apuesta era encontrar un posible origen de estas increíbles partículas, para luego desarrollar o ajustar algunas de las teorías actuales.

En algún caso, significaría corregir algún modelo sobre el funcionamiento de agujeros negros, o el descubrimiento de algún principio nuevo en física de partículas. El gran “temor” era encontrar que estos monstruos cósmicos venían de direcciones al azar, igualmente distribuidas por el espacio. En tal caso, constituirían parte de la “radiación de fondo” omnipresente en el cosmos como eco de la gran explosión inicial, pero con un nivel tal de energía, la teoría entera del Big Bang temblaría hasta sus cimientos.

Se justificaba entonces, la gran expectativa y hasta tensión a la espera de los primeros informes. El método científico y los procedimientos de rigor en todos los centros de investigación requerían un análisis detallado en el comité de revisión antes de validar los resultados. Acuerdos internacionales de la colaboración determinaban quiénes tenían acceso a los datos (y quienes no), en cada etapa del proceso, e imponían la previa autorización explícita de su publicación oficial para que todo tome estado público.

El impacto fue grande. Tanto como que se abrió una nueva rama de la física, la astronomía de partículas (hasta hoy era sólo de radiaciones, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma)

Y como siempre, cinco minutos después del importante descubrimiento (si no antes), se abrieron inmediatamente nuevas cuestiones. ¿Son protones o núcleos de hierro las partículas que llegan a la colisión inicial? ¿Cómo interactúan en su largo viaje con los campos magnéticos de las galaxias? Para ello, ni lerdos ni perezosos, los científicos comenzaron a diseñar agregados, mejoras (“Enhancements” es el título oficial del sub proyecto), y ya están enterrando algunos detectores modificados a tres metros de profundidad, para detectar algunas partículas que no pueden ser “frenadas” antes (llamadas muones), y ya están apuntando los detectores de destellos por encima de los 30° para detectar otras colisiones, y así más y más.

Así es la aventura de la ciencia. Descubren algo, se asombran, e inmediatamente arrancan para adelante otra vez con tal pasión y avidez de conocimiento que contagia. Y que uno puede percibir por suerte aquí en nuestro suelo, allí, en ese observatorio, insertado entre las imponentes montañas del sur mendocino. Allí se mira al cielo, se detectan y analizan partículas de entre las más extrañas de la naturaleza, provenientes de supermasivos agujeros negros en galaxias a 300 millones de años luz, que nos hablan del origen de todas las cosas. Aquí, en Mendoza. Tan cerca, y a la vez tan lejos de la cotidianidad de nuestras preocupaciones y desvelos.
Fuente: diariouno.com.ar - http://visitantes.auger.org.ar

El Observatorio Pierre Auger ha decidido hacer público el 1% de sus datos. Este sitio permite explorar los eventos registrados desde enero del 2004, y se actualiza diariamente.
http://particulas.cnea.gov.ar/experiments/auger/ED/

1 comentario - Único observatorio de rayos cósmicos - Mendoza - Argentina

@flopii15
wow el unico del mundo en argentina