Rayos Cósmicos

Rayos cósmicos es el término dado a la radiación de alta energía que llega a la Tierra desde el espacio. Algunos de ellos tienen energías ultra-altas en el rango de 100 - 1000 TeV. Tales energías extremas provienen de solo unas pocas fuentes, como Cygnus X-3. El máximo de la distribución de energía es de aproximadamente 0,3 GeV.

La intensidad de la radiación cósmica aumenta con la altitud, lo que indica que viene del espacio exterior. Cambia con la latitud, lo que indica que consiste al menos en parte de partículas cargadas que se ven afectadas por el campo magnético de la tierra. La ilustración de la derecha muestra que el flujo de rayos cósmicos detectados, tiene su máximo a unos 15 km de altitud y después cae bruscamente (nótese la escala logarítmica de la altitud). Este tipo de variación fue descubierto por Pfotzer en 1936. Sugiere que el método de detección utilizado fue principalmente detección de partículas secundarias, en lugar de las partículas primarias que llegan a la Tierra desde el espacio.

El análisis de las poblaciones de partículas de los rayos cósmicos proporciona pistas sobre sus orígenes.

Las Partículas de los Rayos Cósmicos

Casi el 90% de los rayos cósmicos que golpean la atmósfera terrestre son protones (núcleos de hidrógeno), y el 9% son partículas alfa. Según Chaisson y McMillan, la cantidad de electrones es aproximadamente un 1%. Hay una pequeña fracción de partículas más pesadas que producen cierta información interesante. Alrededor del 0,25% son elementos ligeros (litio, berilio y boro), sin embargo esto constituye una gran riqueza en comparación con la abundancia de estos elementos en el universo que es ¡sólo alrededor de 1 mil millonésima! A partir de esta evidencia se da a entender que estos elementos ligeros se han producido como fragmentos en las colisiones de alta velocidad, cuando partículas de rayos cósmicos primarios como los protones, golpean elementos más pesados de la muy tenue materia del espacio interestelar, como el carbono y el oxígeno. Se han hecho intentos para modelar la cantidad de materia ordinaria que se necesitaría a lo largo de su ruta de colisión para producir la población observada de estos elementos ligeros. Un estudio sugiere que se trataría de pasar a través de una masa equivalentea a 4 cm de profundidad de agua.

De los elementos medios (carbono, nitrógeno, oxígeno y flúor) se tiene alrededor de 10 veces mas que su abundancia en la materia normal, y los elementos más pesados están presentes con un incrementan alrededor de cien veces por encima de la materia normal. Esto sugiere que el origen de los rayos cósmicos son áreas del espacio con cantidades muy enriquecidas de elementos pesados. La densidad de los rayos cósmicos en el espacio interestelar se estima en alrededor del 10^-3/m³.

Un aspecto interesante de los rayos cósmicos es que son materia casi en su totalidad, en lugar de antimateria. Según Carroll & Ostlie, sólo aproximadamente el 0,01% de los rayos cósmicos son antimateria, por lo que esta muestra de partículas de nuestra galaxia, proporciona evidencia de la asimetría materia-antimateria en la misma y probablemente en la totalidad del universo. Las pocas antipartículas que se observan pueden explicarse como resultado de las colisiones de alta energía de partículas que producen pares partícula-antipartícula.

Las colisiones de alta energía en la atmósfera superior producen cascadas de partículas más ligeras. Se producen piones y kaones que decaen, produciendo muones. Los muones conforman más de la mitad de la radiación cósmica al nivel del mar, siendo el resto principalmente electrones, positrones y fotones provenientes de eventos en cascada. (Richtmyer).