La verdadera partícula de Dios: oh my God!

Quería hacer algo especial para celebrar mi entrada número 100 del blog, y he decidido que lo mejor para conmemorar una marca así era hablar de algún récord de la Física. Tenía muchas opciones en la cabeza, pero el otro día se me cruzó una tan nítidamente que al final me he decantado por ella: voy a hablaros de la partícula Oh-my-God (OMG).

Detector de rayos cósmicos conocido como Ojo de mosca (Fuente: The Fly’s Eye)

Funcionamiento del ojo de mosca. (Fuente: The Fly’s Eye)

En el desierto occidental de Utah existe una instalación militar conocida como Dugway Proving Ground. Allí hay una montaña (Little Granite Mountain), y en lo alto de esa montaña estaba situado un detector de rayos cósmicos conocido como el Ojo de mosca. Se llama así porque los tubos fotomultiplicadores de los detectores cubren el cielo con un conjunto de píxeles hexagonales, igual que lo haría el ojo de una mosca. El 15 de octubre de 1991 una partícula se manifestó en ese ojo a una velocidad descomunal, como ninguna otra lo había hecho antes.

Era la partícula OMG: un rayo cósmico emitido desde algún lugar de nuestro Universo, igual que los que atraviesan tu cuerpo a diario, pero con una energía jamás detectada antes: 3.2·108 TeV (320 EeV). ¿Cuánto es eso? Pues si lo queréis en sistema internacional son unos 50 julios, si os preocupa más la comida son unas 12 calorías, y si os interesa el deporte es lo mismo que una pelota de beísbol lanzada a 94 km/h. En unidades de mi profesor de electrónica de la carrera esa partícula sería un venga, porque su velocidad era el 99.99999999999999999999951% de la velocidad de la luz. Es decir, si la partícula OMG hiciera una carrera con un fotón, el fotón tardaría 250.000 años en sacarle 1 cm de ventaja.

Flujo de rayos cósmicos en la tierra indicando la rareza de OMG. (Fuente: Quanta Magazine)

¿Cómo de especial es la partícula OMG? Mirad bien la gráfica que os pongo del flujo de rayos cósmicos. ¿Véis el último punto de todos? Ahí anda OMG. No hay nadie más allá: es la partícula más energética jamás detectada, y cuanta más energía, más raro eres. Ni siquiera en los aceleradores de partículas podemos producir algo así: los protones del LHC tienen sólo 4 TeV, unos 75 millones de veces menos energía que OMG. Es más, esta partícula desafía el límite Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) que establece que la máxima energía de los rayos cósmicos recibidos en la Tierra no puede superar los 5×1019 eV por su interacción con el fondo cósmico de microondas. En otras palabras, si Dios quisiera mandar un mensaje claro a la Humanidad desde el cielo, esta partícula sería su mejor baza.

El evento de OMG registrado por el Ojo de mosca.

Pero OMG no es un ejemplo de la ciencia de una sola vez, y sabemos que hay más partículas ultra-GZK. En realidad se conoce una zona en la constelación de la Osa Menor que es especialmente rica en esos sucesos. Así que una posibilidad es que OMG viniera de aquí al lado (y que el límite GZK siga siendo válido). Aún así queda una pregunta por resolver: ¿qué era OMG? La mayor parte de los rayos cósmicos son protones, y el resto está dominado por núcleos pesados (y unos pocos electrones). Los astrofísicos no tienen clara su naturaleza, pues ni siquiera en la supernovas se pueden generar esas energías, pero algunos sugieren que los rayos cósmicos tan singulares y energéticos corresponden a núcleos pesados (He, C, Fe).

Ejemplos de cascadas de partículas generadas por rayos cósmicos.

La realidad es que no sabemos el origen de OMG, pero el mensaje es claro: las partículas más energéticas se siguen originando “aquí cerca” y “ahora”; debemos seguir mirando allá arriba para encontrar respuestas. Al fin y al cabo, fueron los rayos cósmicos los que nos confirmaron la existencia de la antimateria.

@DayInLab


Referencias: El mejor artículo que he encontrado sobre este tema es de Natalie Wolchover en Quanta Magazine. Merece la pena ver el informe sobre el detector de The fly’s Eye y la Wikipedia es muy útil en lo que se refiere a las comparaciones físicas. Eso sí, me ha costado encontrar la publicación original: Bird et al., PRL 71 3401 (1993).

 

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