¿Qué son los rayos cósmicos?

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Los rayos cósmicos son partículas que llegan desde el espacio y bombardean constantemente la Tierra desde todas direcciones. La mayoría de estas partículas son protones o núcleos de átomos. Algunas de ellas son más energéticas que cualquier otra partícula observada en la naturaleza. Los rayos cósmicos ultraenergéticos viajan a una velocidad cercana a la de la luz y tienen cientos de millones de veces más energía que las partículas producidas en el acelerador más potente construido por el ser humano.
Es posible que la mayor parte de los rayos cósmicos más energéticos sean protones provenientes de fuentes externas a nuestra galaxia pero suficientemente cercanas como para que el efecto GZK no los frene.
Acelerar rayos cósmicos hasta energías tan altas como las que se observan, requiere condiciones astrofísicas muy extremas, en el límite de lo que se cree son capaces de producir fenómenos más violentos en las galaxias más activas. La mayoría de los rayos cósmicos de menor energía que llegan a la Tierra provienen de algún sitio dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Nuestro Sol también produce pequeños rayos cósmicos de poca energía.
Los rayos cósmicos son detectados indirectamente en la superficie de la Tierra, observando cascadas de partículas secundarias que se producen en el aire. Cuando una partícula cósmica choca con una molécula del aire se produce una cascada de miles de millones de partículas que inciden sobre la superficie de la Tierra. Las características de las cascadas es que permiten obtener información sobre la energía, dirección y composición del rayo cósmico primario.
Se detectan rayos cósmicos en un rango de energías sorprendentemente grande. El actual “record” es de 3,2×10•20 eV -electrón voltio- que es más o menos la energía que se transmite a una pelota de fútbol con una buena patada. Los sorprendente es que esta energía está concentrada en una sola partícula subatómica (la pelota tiene más de 10•26), lo que la convierte en una magnitud fabulosa.
¿Qué es un electrón-voltio? Es la energía que adquiere un electrón cuando es acelerado por una diferencia de potencial de un voltio. Es una energía típica de fenómenos atómicos. Por ejemplo, 13,6 eV alcanzan para desprender al electrón de un átomo de Hidrogeno. Los fotones de luz emitida cuando los electrones de un átomo pasan de un nivel más excitado a otro inferior en un tubo fluorescente tienen una energía de unos pocos eV. En cambio, los fotones de los rayos X tienen una energía del orden de los 1000 eV (kilo-electrón-voltios, o KeV), mientras que un rayo gamma, producto típico de las desintegraciones nucleares, tiene energías cercanas a los millones de eV (mega-electrón-voltios o MeV). El mayor acelerador de partículas elementales, el Tevatrón en el laboratorio Fermi de los EEUU, es capaz de producir protones y antiprotones de una tera-electron-voltio, o sea, un millón de millones de eV. Los rayos cósmicos más veloces tienen cien millones de veces más energía.
La teoría de la relatividad de Einstein permitió entender que la masa de una partícula puede transformarse en otra forma de energía, por ejemplo radiación electromagnética, y viceversa, respetado la célebre fórmula E=m.c2, donde c es la velocidad de la luz en el vacío (aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo, la mayor velocidad posible). Por ejemplo, la masa de u protón en reposo equivale a una energía de 109 eV (mil millones de electrón-voltios). La energía total de una partícula, debida tanto a su masa como a su movimiento, está dada por la velocidad de la partícula. Si el rayo cósmico de mayor energía que se ha observado es un protón, debe estar moviéndose al 99,999999999999999999999% de la velocidad de la luz, o sea casi a la velocidad de la luz.

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