Caídos del cielo

En noviembre del año pasado se inauguró oficialmente en Mendoza el observatorio de rayos cósmicos Pierre Auger, el proyecto de astrofísica más grande del mundo. El físico de Exactas, Javier Tiffenberg, quien integra uno de los grupos de investigación que trabajan en el emprendimiento, brinda detalles sobre esta iniciativa y explica qué son estas partículas que llegan desde el espacio y bombardean permanentemente el planeta.

Alrededor de 400 científicos de unos 20 países; una inversión de 58 millones de dólares; 3.000 km2 de extensión; unos 1.600 tanques detectores de partículas; 24 telescopios de fluorescencia; 20 años de plazo. Estas son algunas de las cifras que dan cuenta de la magnitud del observatorio Pierre Auger, proyecto que la UNESCO decidió en 1995 que tuviera su sede en Argentina, en la localidad mendocina de Malargüe y que tuvo su fiesta de inauguración en noviembre de 2008.

El observatorio tiene por objeto la detección de partículas subatómicas que llegan a la Tierra desde el espacio exterior y que son denominadas rayos cósmicos, poniendo especial énfasis en los de ultra alta energía. Esta energía es cien millones de veces mayor que la que se puede utilizar para cargar una partícula subatómica con los más potentes acelerados construidos en el mundo, como el flamante LHC (Large Hadron Collider). El inconveniente es que este tipo de rayos cósmicos resultan muy difíciles de detectar ya que llegan muy pocos, apenas uno por km2 por siglo.

El físico Javier Tiffenberg, integrante del Grupo de Física de Altas Energías que dirige Ricardo Piegaia, forma parte de un equipo de investigadores españoles que colabora en el proyecto Auger. Está dedicado a la detección de neutrinos de alta energía, una partícula que postulan diversos modelos teóricos pero que nunca, hasta ahora, pudo ser observada. Tiffenberg acaba de presentar los resultados del trabajo del grupo en Polonia, en la International Cosmic Ray Conference (ICRC), una de las conferencias sobre rayos cósmicos más importantes del mundo.

En esta entrevista con el Cable explica, entre otras cosas, qué son los rayos cósmicos, qué clase de información nos pueden brindar y por qué eligieron a la Argentina para instalar el proyecto.

– ¿A qué hace referencia la denominación rayos cósmicos?

– Rayo cósmico es un término genérico utilizado para denominar un montón de cosas diferentes que llegan a la atmósfera terrestre desde el espacio exterior. En general hace referencia a partículas subatómicas masivas como protones, núcleos de hierro, núcleos de helio, etc. Pero también se incluyen partículas que no tienen masa como los fotones. Pueden venir de objetos cercanos o desde muy, muy lejos. De baja energía llegan muchísimos, nos atraviesan todo el tiempo. Por ejemplo, en diez cm2 que es la superficie de una mano, nos atraviesa uno por segundo. A medida que uno va subiendo en energía cada vez llegan menos partículas. Auger es un experimento que va a durar 20 años según está planificado ¿Y por qué tanto tiempo? Porque de muy alta energía llegan muy pocos rayos, del orden de uno por kilómetro cuadrado por siglo. Entonces, para tener suficiente información, se necesita bastante tiempo de observación.

– ¿Los rayos cósmicos pueden representar algún tipo de peligro para la vida?

– Los rayos cósmicos existen desde que existe la atmósfera en la Tierra y desde antes también. Por lo tanto, toda la vida en la Tierra ha evolucionado con la presencia de rayos cósmicos. De hecho hay otras radiaciones naturales que están en la Tierra, que son mucho más peligrosos para la vida que los rayos cósmicos. Pero, a la vez, es cierto que los rayos cósmicos no son completamente inocuos. De hecho las chances de que una partícula de alta energía modifique el ADN no son despreciables. Pero lo que sucede, es que cuando llegan a la atmósfera es como si chocaran contra una pared ¿Qué es lo que ocurre allí? Tal vez hayan escuchado que la energía y la materia se pueden convertir la una en la otra, el famoso postulado de Einstein. Bueno, cuando llega una partícula de muy alta energía y choca con alguna molécula de aire que está en la atmósfera, parte de su energía puede ser transformada en nuevas partículas y, a su vez, estas nuevas partículas también tendrán muchísima energía. Entonces, también con muy alta probabilidad van a interactuar muy pronto con moléculas de la atmósfera y van a generan nuevas partículas que también tendrán alta energía y así sucesivamente. Entonces se va generando una especie de efecto cascada y, al final, a la superficie de la Tierra tal vez lleguen millones de partículas pero de menos energía, con lo cual es muy difícil, casi imposible, que nos pegue una partícula de alta energía.

– ¿Es verdad que a partir de los rayos cósmicos se podría obtener información acerca de los orígenes del Universo?

– Es cierto. Y es cierto de muchas maneras diferentes. Hay que pensar que se están detectando partículas provenientes de distancias enormes y que están trayendo información que no se puede obtener de otra manera. Por ejemplo: cómo son los campos magnéticos entre galaxias, o cuál es la cantidad de materia que hay en distintos lugares, o cuáles son los mecanismos de aceleración que producen estos rayos cósmicos. Se puede conocer muchísima información o parámetros del Universo que hoy por hoy se ignoran e incorporarlos en los modelos actuales y, de esa manera, conocer mejor el big bang.

– Esas partículas que llegan desde tan lejos pudieron haberse generado apenas momentos después del big bang.

– Existe algo llamado “radiación cósmica de fondo” que son fotones que se generaron muy cerca del big bang y que todavía están circulando por el Universo. Pero las partículas de alta energía que nosotros vemos, si bien pueden venir de muy lejos -y cuánto más lejos, más atrás en el tiempo-, no esperamos que vengan de tan atrás, porque si vinieran de tan atrás se deberían haber frenado justamente por su interacción con la radiación cósmica. De todas maneras nos traen información de objetos astronómicos que están lejísimos de nosotros y es una nueva forma de acceder a ellos. Con los nuevos observatorios como Auger, se ha dado comienzo a un nuevo tipo de astronomía que se podría llamar “astronomía material”, que es un término que en algún momento leí y me pareció una metáfora muy buena, porque uno empieza a saber cosas de objetos lejanos, a partir de pedacitos de materia que nos llegan de ellos.

– ¿Por qué eligieron instalar el proyecto Pierre Auger en Argentina?

– El proyecto Auger, es una colaboración internacional que se inició hace unos 15 ó 20 años, y se pensó como un experimento que pueda detectar rayos cósmicos a gran escala. Como llegan tan pocos se necesitaba que el lugar fuera enorme, del orden de los 3.000 km2. cuadrados que son como veinte Buenos Aires. Se buscaba que estuviera en el hemisferio sur porque otros experimentos similares pero más chicos habían estado en el hemisferio norte. En cuanto a las características que tenía que tener el lugar para emplazar el observatorio, se requería que fuera elevado, alrededor de 1400 metros por encima del nivel del mar, que fuera una planicie, que tuviera muy buenas condiciones climatológicas, aire limpio, con pocas basuras y aerosoles, y sin luz de ciudades, entre otras cosas. Esto significaba áreas enormes, poco habitadas y que estuvieran elevadas. No son muchos los lugares que pueden reunir todas estas características. En definitiva quedaron dos o tres, entre los cuales estaba Malargüe. Finalmente Argentina terminó ganando porque tiene una comunidad importante de físicos que podía aportar y trabajar en el experimento.

– ¿Cuáles son las diferencias entre un observatorio tradicional con un telescopio óptico y un proyecto como el Auger?

– Con un telescopio óptico se puede esperar observar hasta pequeños detalles de los objetos que se estudian. Con la astronomía material los detalles finos de los objetos no se van a poder determinar, al menos con la tecnología actual y con la que habrá por mucho tiempo. Entonces uno tiene que cambiar la idea. No se va a hacer una imagen hermosa de un objeto estelar, pero sí al mirar una región grande del espacio, se podrá decir que la partícula viene de acá o de allá.

– ¿Otra diferencia es que en observatorios como el Auger uno debe estar a la espera de los objetos?

– Claro, no los puede ir a buscar. Alguien podría preguntar: “¿Si estos rayos de tan alta energía llegan y colisionan en la atmósfera, para qué construyen el LHC?” Bueno, la respuesta es que en el LHC, cuando se genera una colisión, se produce en un lugar hacia donde están apuntando impresionantes detectores de centenas de toneladas que están mirando ese punto para captar todo lo que sucede. Cuando llega un rayo cósmico, uno no tiene idea de por dónde va a pasar. Entonces no se pueden tener detectores que vean con ese nivel de detalle. Uno observa con un detalle muchísimo más grueso.

– ¿Podríamos decir que en Auger hay numerosos detectores distribuidos a lo largo de todo el campo, que están prendidos todo el tiempo y están grabando toda la información que captan. Entonces cuando pasa el rayo eso queda grabado y después se analiza esa información?

– Exactamente. No es que uno esté mirando en tiempo real y forme la imagen. Hay todo un procesamiento de los datos y una reconstrucción posterior del evento de rayo cósmico hasta que se pueda llega a decir, “sí, vino un rayo cósmico de tanta energía, de tal dirección”.

– ¿En qué consiste tu trabajo en el proyecto Auger?

– Como te dije antes, los rayos cósmicos son un término general para todo tipo de partículas que llegan desde el espacio, entre ellas, neutrinos. Los neutrinos de alta energía son partículas subatómicas especialmente difíciles de detectar.
Justamente yo estoy trabajando, en colaboración con un grupo de España, en la detección de neutrinos de ultra alta energía. Su importancia radica en que, según nuestro entendimiento actual, por cada rayo cósmico de alta energía que llega al planeta tendría que haber al menos, un neutrino de alta energía. Sin embargo hasta el momento no se ha detectado ninguno.

– Es decir que es un postulado de los modelos teóricos que requiere comprobación.

– Es un resultado esperado en el que coinciden distintos modelos teóricos que compiten entre sí. Pero, como son tan difíciles de detectar, el hecho de que no los hayamos visto hasta ahora no es algo que destruya las teorías. Para lograrlo, como nunca vimos uno, tenemos que definir cómo creemos que se vería y después buscarlo en los datos obtenidos por el observatorio.

– ¿Creés que con la tecnología utilizada en el Auger se deberían detectar esas partículas?

– Tenemos esa esperanza. Pero, aunque no veamos nada, sigue siendo un resultado interesante. Alguien dijo que la física de neutrinos es el arte de aprender mucho sin ver nada. Hace poco tiempo también se ha iniciado un experimento en el hielo llamado IceCube que apunta a detectar neutrinos, si bien no de tan alta energía como se esperaría ver en Auger, en un nivel en el cual uno espera que sean más numerosos. Si IceCube empieza a dar resultados nos daría más esperanzas de que nosotros en Auger los vayamos a ver.

Fuente: El Cable Nro. 723