Part¨ªculas que se mueven m¨¢s r¨¢pido que la luz

Imaginemos por un momento un pato. Quiero un pato vivo en un estanque tranquilo. Y no, no se preocupen que no voy a hacer una de esas famosas aproximaciones de la f¨ªsica como la de la vaca esf¨¦rica. Aqu¨ª solo necesito los detalles que se esconden en esa imagen buc¨®lica de un estanque en un d¨ªa sin viento con un peque?o patito, desplaz¨¢ndose y lejos del horror que el r¨¢pido movimiento del agua nos ha tra¨ªdo ¨²ltimamente.

Qued¨¦monos ah¨ª por un momento para fijarnos en lo que hay alrededor del pato: unas peque?as ondas, m¨¢s pr¨®ximas unas a otras en la direcci¨®n del movimiento. No se parecen a las que se forman cuando tiramos una piedra en el estanque, no son circulares. De manera intuitiva, entendemos que acompa?an el movimiento del pato, que forman un cono de movimiento, relacionado con su desplazamiento. Un tri¨¢ngulo cuyo ¨¢ngulo se cierra a medida que aumentamos la velocidad.

Siempre que un objeto, sigamos con el pato, se mueve en un medio, por ejemplo el agua, m¨¢s r¨¢pido que la velocidad a la que se pueden desplazar las ondas en ese medio, genera una perturbaci¨®n en forma de onda de choque. Es f¨¢cil explicarlo de manera intuitiva con el pato porque todos hemos visto alguno movi¨¦ndose en el agua. El movimiento de un barco tambi¨¦n me sirve para visualizar lo que se conoce como choque de proa. Con un avi¨®n ocurre lo mismo, el medio en que se propaga la perturbaci¨®n es el aire y en este caso se generan ondas de sonido. El avi¨®n se desplaza m¨¢s r¨¢pido que el sonido en el medio y genera una onda de choque; ser¨ªa el equivalente a las ondas de agua que se acumulan por delante de la pechuga del pato. Si el avi¨®n adelanta en su desplazamiento a esa onda de choque que le precede rompe la barrera del sonido, vendr¨ªa acompa?ado del famoso estruendo y estar¨ªamos hablando entonces de un avi¨®n supers¨®nico.

Y ahora vamos a por la luz, porque como dijo el dramaturgo ruso Ant¨®n Ch¨¦jov: ¡°Si tienes un rifle colgando de la pared en la primera escena de la obra, este deber¨¢ ser disparado en el ¨²ltimo acto¡±. Hemos colgado el rifle en el t¨ªtulo, as¨ª que hay que disparar: si ahora lo que se mueve es una part¨ªcula a alta velocidad ¡ªpor ejemplo, un prot¨®n¡ª y la hacemos moverse en agua o en la atm¨®sfera terrestre m¨¢s r¨¢pido que la velocidad de la propagaci¨®n de la luz en ese medio, genera, tambi¨¦n, una onda de choque. Igual que el pato. Entonces, la part¨ªcula cargada emite un cierto tipo de radiaci¨®n que se conoce como Cherenkov, en honor de su descubridor, el f¨ªsico Pavel Cherenkov. Seguimos con los rusos ilustres.

Pero, un momento, antes de que vengan con que, seg¨²n la teor¨ªa de la relatividad de Einstein, nada puede moverse m¨¢s r¨¢pido que la velocidad de la luz, respiren. A esa frase le falta algo. El l¨ªmite de velocidad inviolable para la f¨ªsica es el de la luz en el vac¨ªo y solo las part¨ªculas sin masa pueden alcanzarla. Fuera del vac¨ªo, o sea en un medio, la velocidad de la luz se puede alcanzar, e incluso se puede superar. Es posible ir m¨¢s r¨¢pido que la velocidad de la luz porque la luz cuando se mueve a trav¨¦s de un medio, ya sea agua, aire, prisma o pl¨¢stico, viaja m¨¢s despacio, se ralentiza. Por eso se producen los arco¨ªris.

La radiaci¨®n Cherenkov aparece cuando una part¨ªcula cargada se mueve en un medio m¨¢s r¨¢pido que la velocidad de la luz. Y, al igual que en el caso del pato, se puede entender que en su movimiento emite un cono de radiaci¨®n cuyo ¨¢ngulo de apertura depende de la velocidad. Si se puede medir el ¨¢ngulo se puede determinar la velocidad de la part¨ªcula que ha generado su emisi¨®n. En esto est¨¢ la base de los detectores de radiaci¨®n Cherenkov.

Esa emisi¨®n azul caracter¨ªstica del agua que rodea los reactores nucleares es radiaci¨®n Cherenkov y es precisamente radiaci¨®n Cherenkov la que emiten las cascadas de part¨ªculas que se generan en la parte alta de la atm¨®sfera por eventos energ¨¦ticos producidos en aceleradores de part¨ªculas c¨®smicos. S¨ª, el universo es capaz de acelerar part¨ªculas a cientos de veces la energ¨ªa que se les puede dar en el acelerador de part¨ªculas m¨¢s potente que hemos construido en la Tierra, el Gran Colisionador de Hadrones en la Organizaci¨®n Europea para la Investigaci¨®n Nuclear.

Algunos de los telescopios m¨¢s potentes para poder detectarla forman parte del CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory North) y ya est¨¢n operativos en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma. Pero eso lo contamos otro d¨ªa.