Si los rayos cósmicos llegan a la Tierra más o menos por igual desde todas las direcciones, ¿por qué detectamos muchos más que vienen de la vertical?

Tal como mencionamos en una pregunta anterior, se ha demostrado que a la Tierra llegan los rayos cósmicos de forma muy isotrópica, es decir, más o menos por igual de todas las direcciones. El campo magnético terrestre rompe parcialmente esa simetría, pero eso no explica por qué la gran mayoría de las partículas llegan “de arriba” y casi ninguna cercana al horizonte, según puede comprobarse en la histograma de frecuencias de los ángulos de llegada de la página principal de esta web.

La figura muestra (en amarillo) la trayectoria de dos partículas de los rayos cósmicos secundarios que avanzan hacia la superficie a una velocidad muy similar a la de la luz en el vacío, cerca de 300 000 km/s, Una lo hace vertical y la otra horizontalmente: la segunda tiene que recorrer una longitud unas 30 veces mayor que la primera hasta llegar a la superficie.

_{Fig. 1 Dos partículas de los rayos cósmicos secundarios atraviesan la atmósfera hasta nuestro detector (el dibujo no está a escala pues el radio de la Tierra es de más de 6000 km y los secundarios se crean a una altura media de unos 15 km). Crédito: Wearbeard}

En ese trayecto mucho más largo la partícula “horizontal” tiene más probabilidades de ser “absorbida” por la atmósfera terrestre —es decir, de desaparecer al interaccionar con los núcleos atómicos de la atmósfera—. Además, hay un efecto aún más importante: la mayoría de los rayos cósmicos secundarios son muones, partículas inestables que se desintegran espontáneamente en otras con una vida media de unas 2 millonésimas de segundo. Sin entrar en sutilezas, esto significa que, si partimos de una muestra muy grande de muones, cerca de la mitad se habrán desintegrado en ese intervalo, la mitad de las restantes en el siguiente intervalo igual y así sucesivamente...

Por tanto, en un recorrido más largo, muchas más partículas “horizontales” se habrán desintegrado.

Sin embargo, aún no lo hemos explicado todo: con una vida media tan corta, ¿por qué no se desintegran prácticamente todos los muones de los rayos cósmicos secundarios antes de alcanzar la superficie terrestre?

Al fin y al cabo una partícula que se mueve prácticamente a la máxima velocidad posible, la de la luz en el vacío, y vive un promedio de 2x10^–6 s, podrá recorrer como mucho una media de L ~ 300 000 km/s × 2x10^–6 s ≈ 600 m!!!

Según esto y teniendo en cuenta que cada dos microsegundos —o 600 m— se desintegran en promedio la mitad de los muones de una muestra, tras 15 km de camino, que es unas 25 veces más, no deberían llegar casi muones a la superficie, a diferencia de lo que sucede, pero esa es otra historia…