¿Qué son los rayos cósmicos? ¿Y los muones?

Los rayos cósmicos son partículas de alta energía que llegan a la Tierra en todas direcciones desde nuestra Galaxia —y aún más allá en el caso de los de energías más altas—.

Las partículas que llegan a la Tierra desde el exterior se llaman rayos cósmicos primarios y las que se crean en la atmósfera a partir de ellas son los rayos cósmicos secundarios.

Estudiar los rayos cósmicos primarios es muy difícil, pues hay que llevar a cabo experimentos a gran altitud, bastante por encima de donde se crean la mayoría de los secundarios. Se hace mediante globos y satélites artificiales.

En los rayos cósmicos primarios se encuentran todas las partículas cargadas estables, entre las que dominan los protones, con algo menos del 90%, seguidos de los núcleos de helio —o partículas alfa— con cerca del 9 %. El resto son núcleos atómicos más pesados producidos en las estrellas más un pequeño porcentaje de otras partículas, sobre todo electrones.

Sus energías van desde unos 10^-10 J —1 GeV = 10⁹ eV— hasta cien mil millones de veces más, del orden de 10 J —10⁸ TeV = 10²⁰ eV—. Este último valor es decenas de millones de veces mayor que el de un protón acelerado en el LHC del CERN y comparable a la energía cinética que gana una manzana al caer desde un árbol o la de un saque de tenis de un aficionado, aunque concentrada en un volumen enormemente más pequeño —unas 10⁴⁰ veces menor—.

Cuando un rayo cósmico primario, por ejemplo un protón, se tropieza con la Tierra, lo primero que se encuentra es la atmósfera. Allí, a una altura media de unos 15 km se produce una colisión con un núcleo atómico, de la que salen muy a menudo un protón o un neutrón y decenas de otras partículas subatómicas de alta energía ₍₁₎, especialmente piones y kaones, iniciando así una cascada atmosférica.

Los neutrinos son indetectables sin medios profesionales. Sin embargo, los muones pueden “verse” con métodos caseros como las cámaras de niebla, en las que dejan estelas muy parecidas a las de los aviones en el cielo (lo que no es de extrañar, pues la física es muy similar en ambos casos).

Los muones son partículas elementales —es decir, que sepamos, no están compuestas por elementos más básicos— extremadamente parecidas a los electrones: igual carga eléctrica, susceptibles a las mismas interacciones, etc., pero con una masa unas doscientas veces mayor, lo que para mucha gente es un misterio…

Sin duda, los muones son nuestras partículas favoritas.

_{(1) Más información sobre partículas elementales en el cuaderno Experimenta. Rayos cósmicos: http://www.muncyt.es/stfls/MUNCYT/Publicaciones/rayos_cosmicos_muncyt.pdf}