Cazadores de rayos c¨®smicos en la Pampa

La Tierra recibe constantemente una lluvia invisible de part¨ªculas procedentes del cosmos, los rayos c¨®smicos. Casi todas son n¨²cleos at¨®micos o electrones que han empezado su viaje en nuestra propia galaxia, acelerados por los campos magn¨¦ticos de una supernova o del mismo Sol. Pero una peque?a minor¨ªa son 100 millones de veces m¨¢s energ¨¦ticas que las part¨ªculas generadas en los m¨¢s potentes aceleradores terrestres. ?De d¨®nde vienen estas superpart¨ªculas c¨®smicas? ?Qu¨¦ fen¨®meno puede acelerarlas tanto? Pretende hallar la respuesta el observatorio internacional de rayos c¨®smicos Pierre Auger, que para 2007 constar¨¢ de 1.600 detectores de part¨ªculas instalados en la Pampa Amarilla argentina, una planicie a 1.400 metros de altitud llena de pantanos y vacas.

Una part¨ªcula tiene la energ¨ªa de una pelota de tenis a 630 kil¨®metros por hora

Los cuatro telescopios de fluorescencia s¨®lo trabajan las noches sin luna

Ya hay instalados y en funcionamiento m¨¢s de un millar de detectores. La presentaci¨®n de los primeros datos cient¨ªficos se celebr¨® el pasado noviembre en Malarg¨¹e (Argentina), en un acto que convoc¨® a representantes de los 16 pa¨ªses miembros del proyecto, entre ellos Espa?a y algunos poco habituales, como Vietnam o Bolivia. El coste estimado del observatorio, que estar¨¢ terminado hacia finales de este a?o, ronda los 41 millones de euros. Para un poco m¨¢s adelante queda la construcci¨®n de otro observatorio gemelo en Colorado (EE UU) con el objeto de cubrir tambi¨¦n el hemisferio norte.

"Los rayos c¨®smicos de m¨¢s alta energ¨ªa son mensajeros del universo extremo. Representan una nueva frontera del conocimiento", dijo durante la celebraci¨®n el premio Nobel Jim Cronin, quien, junto a Alan Watson, de la Universidad de Leeds, propuso la construcci¨®n del observatorio en 1992.

El aspecto de la instalaci¨®n no es tan espectacular como su concepto, pero es s¨®lo porque resulta imposible abarcar con la mirada todo el observatorio. Los 1.600 detectores est¨¢n separados entre s¨ª 1,5 kil¨®metros, formando una malla que cubre 3.000 kil¨®metros cuadrados. Y hay poco de asombroso en cada uno de los detectores; son tanques cubiertos de unos dos metros de di¨¢metro y un metro de alto, llenos de agua, con un panel solar y una antena.

?Por qu¨¦ tanto espacio? "De las part¨ªculas de muy alta energ¨ªa llegan muy pocas, no m¨¢s de una por kil¨®metro cuadrado cada siglo seg¨²n las estad¨ªsticas. As¨ª que, para detectar varias en poco tiempo necesitamos muchos kil¨®metros cuadrados", explica Luis del Peral, de la Universidad de Alcal¨¢ de Henares, una de las tres universidades espa?olas en el proyecto. De hecho, en todo el mundo se llevan detectadas hasta ahora unas pocas decenas de las part¨ªculas m¨¢s energ¨¦ticas, en las que se condensa una energ¨ªa equivalente a la de una pelota de tenis movi¨¦ndose a 630 kil¨®metros por hora. Cuando el observatorio est¨¦ a pleno rendimiento se espera cazar una treintena de part¨ªculas de esa energ¨ªa al a?o, que se duplicar¨ªan una vez en marcha el observatorio del hemisferio Norte.

En realidad no se detectan los rayos c¨®smicos en s¨ª, sino la enorme cascada de part¨ªculas que ¨¦stos generan al llegar a la Tierra. Cuando chocan con las mol¨¦culas en la atm¨®sfera se generan part¨ªculas secundarias que a su vez chocan con otras part¨ªculas atmosf¨¦ricas, y vuelven a generar m¨¢s part¨ªculas. "El resultado es que llegan al suelo miles de millones de part¨ªculas muy energ¨¦ticas", explica el coordinador de la participaci¨®n espa?ola, Enrique Zas, de la Universidad de Santiago de Compostela.

El nombre del observatorio se debe al descubridor, en 1938, de este fen¨®meno de las cascadas, el franc¨¦s Pierre Victor Auger, fallecido en 1993. Dos a?os antes se hab¨ªa registrado en el detector Fly's Eye en Utah (EE UU) la cascada m¨¢s intensa de que se tiene noticia hasta ahora, con 200.000 millones de part¨ªculas y una energ¨ªa 300 millones de veces superior a la que es posible generar en los aceleradores terrestres. Y poco despu¨¦s el fen¨®meno se repet¨ªa en otro detector en Jap¨®n, dejando a los f¨ªsicos absolutamente sorprendidos.

"Era como si hubieran ido a cazar mariposas y cazaran un avi¨®n F-111", explican los cient¨ªficos en la p¨¢gina web del observatorio. Cuando las part¨ªculas de la cascada interaccionan con el agua de los tanques se emite luz que los detectores convierten en electricidad. Una misma cascada puede ser vista por decenas de detectores, que miden la hora de llegada de cada part¨ªcula con una precisi¨®n de 25 nanosegundos (mil-millon¨¦simas de segundo). El tiempo es un par¨¢metro clave, porque con ¨¦l se puede medir la inclinaci¨®n de la cascada y eventualmente identificar la regi¨®n de procedencia del rayo c¨®smico.

Adem¨¢s de los tanques de agua completan el observatorio cuatro telescopios de fluorescencia, que detectan la luz ultravioleta emitida por las mol¨¦culas de nitr¨®geno en la atm¨®sfera al interaccionar con las part¨ªculas de la cascada. As¨ª se puede seguir el desarrollo de la cascada, a veces desde varios telescopios. "Son dos m¨¦todos de detecci¨®n complementarios", explica Del Peral, quien da m¨¢s detalles curiosos sobre esta combinaci¨®n. "Los detectores de superficie trabajan las 24 horas; los telescopios, s¨®lo las noches sin luna y buenas condiciones atmosf¨¦ricas, que en la pampa son muchas".Futuro

Los primeros resultados presentados en noviembre a¨²n no aclaran nada sobre el misterioso origen de las part¨ªculas c¨®smicas ultraenerg¨¦ticas. Se confirma que se detecta una cantidad menor de part¨ªculas cuanto m¨¢s alta es su energ¨ªa, pero sigue sin saberse si llegan m¨¢s part¨ªculas de unas regiones del cielo que de otras. Hasta ahora parecen llegar de todas partes indistintamente, lo que hace sospechar a los cient¨ªficos que han iniciado su viaje fuera de la galaxia. ?Desde d¨®nde?

"Se han planteado multitud de hip¨®tesis para explicar el posible origen de estas part¨ªculas, y todas son fascinantes", dice Zas. "Algunas requieren agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias extremadamente luminosas y activas, otras sugieren correcciones a la teor¨ªa de la relatividad de Einstein, otras suponen que provienen directamente de part¨ªculas asociadas al Big Bang, otras las asocian a objetos que por ahora s¨®lo existen sobre el papel, como las cuerdas c¨®smicas...".

De cada teor¨ªa surgen predicciones concretas -por ejemplo, la detecci¨®n de un determinado n¨²mero de part¨ªculas-, as¨ª que los f¨ªsicos conf¨ªan en que el estudio de estos rayos c¨®smicos de muy alta energ¨ªa d¨¦ claves importantes para la comprensi¨®n del universo.

Participaci¨®n espa?ola

El grupo de Enrique Zas, de la Universidad de Santiago de Compostela, se implic¨® en el proyecto desde sus comienzos, en 1995, cuando se consideraba la posibilidad de instalar el observatorio en Espa?a -en Tierra de Campos-. A pesar de que el grupo hizo contribuciones te¨®ricas importantes, Espa?a no entr¨® oficialmente en el proyecto hasta 2001. "Hasta entonces est¨¢bamos solos, no hab¨ªa masa cr¨ªtica de investigadores en este campo en Espa?a", dice Zas. Ahora, junto al grupo de Santiago participan otros de las universidades Complutense de Madrid y Alcal¨¢ de Henares.

Adem¨¢s de trabajar en el an¨¢lisis de los datos, los cient¨ªficos son responsables de la aportaci¨®n espa?ola en equipamiento, que son todos los paneles solares de los 1.600 detectores de superficie. Los ha construido la empresa Isofot¨®n y su coste ronda el mill¨®n de euros, financiado por el Plan Nacional de I+D+i. Instalar los paneles, y en general los detectores, no est¨¢ siendo nada f¨¢cil desde el punto de vista log¨ªstico. "Es un terreno en el que el nivel fre¨¢tico es bastante pr¨®ximo a la superficie, as¨ª que con el deshielo enseguida se forma barro", cuenta Zas. "Continuamente se entierran los camiones, hay que tomar medidas de seguridad para que nadie se quede inmovilizado en medio de la pampa". Y otro reto es el mantenimiento de los equipos: "Los componentes tienen que ser muy fiables, porque reparar 1.600 si empiezan a fallar, en un terreno as¨ª...".

En este punto participa tambi¨¦n el Instituto de Energ¨ªa Solar (IES) de la Universidad Polit¨¦cnica de Madrid, que, en colaboraci¨®n con la Universidad de Santiago de Compostela, ha instalado un sistema para seguir al segundo el comportamiento de los paneles y las bater¨ªas. "Nuestra red de 1.600 estaciones constituye una instalaci¨®n ¨²nica", dice Zas.