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Radiación cósmico

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Radiación cósmico
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Simulación del impautu d'una partícula de 1 TeV (1012 eV) proveniente del espaciu esterior, y de la radiación cósmico consecuente, sobre Chicago.
Representación de los distintos detectores de rayos cósmicos

Los rayos cósmicos, tamién llamaos radiación cósmico, son partícules subatómiques procedentes del espaciu esterior que la so enerxía, por cuenta de la so gran velocidá, ye bien elevada: cercana a la velocidá de la lluz. Afayáronse cuando se comprobó que la conductividá llétrica de l'atmósfera terrestre deber a ionización causada por radiaciones d'alta enerxía.

En 1911, Victor Franz Hess, físicu austriacu, demostró que la ionización atmosférica aumenta proporcionalmente a l'altitú. Concluyó que la radiación tenía de proceder del espaciu esterior.

El descubrimientu de que la intensidá de radiación depende de l'altitú indica que les partícules integrantes de la radiación tán llétricamente cargaes y que les esvia'l campu magnético terrestre.

Ernest Rutherford y los sos collaboradores, contraria y enantes a les esperiencies de Hess, supunxeron que la ionización reparada pol espectroscopiu deber a la radioactividá terrestre, yá que, midíes realizaes en 1910 na base y el cumal de la Torre Eiffel, asina lo detectaben.

Robert Andrews Millikan acuñó la espresión rayos cósmicos tres les sos propies midíes que concluyeron en que, efeutivamente, yeren d'orixe bien alloñáu, inclusive esterior al Sistema Solar.

Historia

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Tres el descubrimientu de la radioactividá por Henri Becquerel en 1896, aceptábase que la eletricidá atmosférica - ionización del aire - yera provocada puramente pola radiación xenerada de la mesma por elementos radiactivos nel suelu y polos gases radiactivos o isótopos de radón qu'aquellos producen. La posterior midida, mientres la década de 1900 a 1910, de la tasa d'ionización (ritmu d'ionización del aire) al respective de l'altitú demostró un descensu que podía esplicase pola absorción de la radiación ionizante pel aire interpuestu.

Descubrimientu

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En 1909, Theodor Wulf desenvolvió'l primera electrómetru. Ésti yera un preséu diseñáu pa midir la tasa de producción d'iones dientro d'un contenedor selláu herméticamente. Wulf usó esti preséu pa demostrar que los niveles de radiación ionizante nel cumal de la Torre Eiffel yeren mayores que na so base. Sicasí, el so artículu, publicáu en Physikalische Zeitschrift, nun atopó amplia aceptación. En 1911, Domenico Pacini reparó variaciones simultánees de la tasa d'ionización sobre un llagu, sobre'l mar y a una fondura de 3 metros so la superficie. Del descensu reparáu so l'agua, Pacini concluyó qu'una parte de la ionización deber a fontes distintes de la radioactividá terrestre.[1]

Pacini realizando una midida en 1910.

Más tarde, en 1912, Victor Hess alzó tres electrómetros Wulf de precisión ameyorada[2] a una altitú de 5300 metros usando un globu aerostáticu y atopó que la tasa d'ionización multiplicábase aproximao por cuatro en comparanza cola que podía midise a nivel del suelu.[2] Hess tamién refugó al Sol como la fonte de radiación responsable por aciu un nuevu ascensu en globu mientres un eclís de sol casi total. Cuando la Lluna taba bloquiando la mayor parte de la radiación solar visible, Hess inda pudo midir una tasa d'ionización n'aumentu col altor,[2] y concluyó: "La meyor esplicación al resultáu de les mios observaciones vien dada pol camientu de qu'una radiación d'un enorme poder de penetración entra na nuesa atmósfera dende enriba". En 1913-1914, Werner Kolhörster confirmó les primeres observaciones de Hess al midir la medría de la tasa d'ionización a 9 km d'altitú.

Amonto de la tasa d'ionización cola altitú midida por Victor Hess en 1912 (esquierda) y por Kolhörster (derecha)

Hess recibió'l Premiu Nobel de Física en 1936, pol so descubrimientu.[3][4]

El vuelu del globu de Hess tuvo llugar el 7 d'agostu de 1912. Esautamente 100 años dempués, el 7 d'agostu de 2012, el vehículu Mars Science Laboratory midió los niveles de radiación ionizante per vegada primera n'otru planeta per mediu del so Detector de Midida de Radiación (RAD, poles sigles n'inglés de Radiation Assessment Detector).

Hess aterriza tres el so vuelu en globu de 1912.

Orixe

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Entá nun ta claro l'orixe de los rayos cósmicos. Sábese que, nos periodos en que s'emiten grandes erupciones solares, el Sol emite rayos cósmicos de baxa enerxía, pero estos fenómenos estelares nun son frecuentes. Poro, nun son motivu d'esplicación del orixe d'esta radiación. Tampoco lo son les erupciones d'otres estrelles asemeyaes al Sol. Les grandes esplosiones de supernoves son, siquier, responsables de l'aceleración inicial de gran parte de los rayos cósmicos, una y bones los restos de diches esplosiones son potentes fontes de radio, qu'impliquen presencia d'electrones d'alta enerxía.

En 2007, un grupu de científicos arxentinos del Observatorio Pierre Auger realizó un espectacular descubrimientu qu'inauguró una nueva caña de l'astronomía. Esti grupu atopó evidencies de que la mayor parte de les partícules de rayos cósmicos provién d'una constelación cercana: Centaurus.[5] Esta constelación contién una galaxa de nucleu activu, que'l so nucleu deber a esistencia d'un furacu negru (probablemente supermasivo), al cayer la materia a la ergosfera del furacu negru y rotar velozmente.

A enormes velocidaes, centrífugamente, fúgase parte d'esa materia, constituyida por protones y neutrones. Al algamar la Tierra (o otros planetes con atmósferes abondo trupes) namái lleguen los protones, que, en topetando contra les capes cimeres atmosfériques, cayen en cascaes de rayos cósmicos. El descubrimientu reparáu en Centaurus paez ser extrapolable a toles galaxes de nucleos activaos per furacos negros.

Tamién se cree que, como resultáu de les ondes de choque procedentes de les supernoves que s'arrobinen hasta l'espaciu interestelar, nésti xenérase aceleración adicional. Nun esisten pruebes direutes de que les supernoves contribuyan de manera significativa a los rayos cósmicos. Sicasí, suxúrese que les estrelles binaries de rayos X pueden ser fontes de rayos cósmicos. Nesos sistemes, una estrella normal dexa masa a la so complementaria, a una estrella de neutrones o bien a un furacu negru.

Los estudios radioastronómicos d'otres galaxes amuesen qu'éstes tamién contienen electrones d'alta enerxía. Los centros de delles galaxes emiten ondes de radio de muncha mayor intensidá que la Vía Láctea. Esto indica que contienen fontes de partícules d'alta enerxía.

Componentes a nivel del mar

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Los rayos cósmicos qu'algamen l'atmósfera na so capa cimera son principalmente (98%) protones y partícules alfa d'alta enerxía. El restu ta constituyíu por electrones y partícules pesaes ionizadas. A éstes denominar partícules primaries.

Estes partícules cargaes interaccionan cola atmósfera y el campu magnético terrestre, convertir en partícules secundaries (son productu de la interaición de les partícules primaries cola atmósfera) y distribúyense talmente que, debíu al campu magnético, la mayor intensidá de les partícules qu'algamen el suelu asocede nos polos.

Poro, la componente de partícules qu'algamen el suelu varia según l'altitú (a mayor altor, menos atmósfera cola cual interaccionar) y pola llatitú (a mayor llatitú, mayor cantidá de partícules esviaes pel campu magnéticu), y favorecen cierta variación col ciclu solar (de 11 años).

A nivel del mar y a una llatitú d'unos 45ᵘ N, los componentes importantes d'estes partícules son:

Les dosis recibíes por cuenta de los rayos cósmicos varien ente 300 μSv (microsieverts) y 2 000 μSv al añu. Permediada pola población, datos d'ocupación y otros factores, atópase un valor permediu de 380 μSv/añu.

Dosis Típiques

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  • La dosis normal debida a la radioactividá ambiente na Tierra ye de media 2.4 mSv per añu, con diferencies apreciables ente países. A nivel del mar la contribución de los rayos cósmicos ye d'aproximao 0.3 mSv.
  • Les dosis de radiación recibíes mientres una radiografía médica van dende 0.1 a delles decenes de mSv, dependiendo del tipu de radiografía. Son niveles altos, por ello usa proteición. Agora tenemos tamién el problema de la radiación de los escáneres nos aeropuertos d'Estaos Xuníos, daqué que va haber que controlar a tiempu primero que éstos arrinquen una epidemia de cáncer nos pasaxeros.
  • La dosis típica recibida mientres un vuelu tresatlánticu (Europa – América del Norte) debida a rayos cósmicos galácticos ye de 0.05 mSv. Puede aumentar significativamente nel casu d'eventos de partícules enerxétiques (contabilizáronse aumentos d'hasta un factor de 10 nel casu d'eventos solares bien fuerte, pero estos eventos son bien pocu frecuentes y tienen una duración bien corta como pa influyir na dosis añal). A lo llargo de los años, viaxeros frecuentes o tripulaciones de cabina de vuelu pueden llegar a atropar dosis d'unos pocos mSv. Al personal de la compañíes aérees (pilotos y azafatas) fáense-yos controles rutinarios de la radiación recibida mientres los vuelos. Obviamente los rayos cósmicos van perdiendo intensidá a midida que avérense a la superficie terrestre (vanse desintegrando en partícules más débiles), pero a grandes altores, son peligrosos.

Cascaes de rayos cósmicos

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Les agües o cascaes de partícules subatómiques aniciar por aición de rayos cósmicos primarios, que la so enerxía puede ser cimera a 1020 eV (electronvoltios): cien millones de vegaes cimera a la que puede impartise a una partícula subatómica nos más potentes aceleradores de partícules.

Cuando un rayu cósmicu d'alta enerxía llega a l'atmósfera terrestre interactúa con átomos d'ésta, topeta contra los gases y llibera electrones. Esti procesu escita los átomos y xenera nueves partícules. Éstes, de la mesma, topeten contra otres y provoquen una serie de reaiciones nucleares, qu'anicien nueves partícules que repiten el procesu en cascada. Asina, puede formase una cascada de más de 1011 nueves partícules. Los corpúsculos integrantes de les cascaes pueden midise con distintos tipos de detectores de partícules, xeneralmente basaos na ionización de la materia o nel efeutu Cherenkov.

Ver tamién

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Referencies

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  1. ↑ D. Pacini (1912). «La radiazione caltriante alla superficie ed in senu alle acque». Il Nuovo Cimento, Series VI 3:  páxs. 93–100. doi:10.1007/BF02957440. 
    Traducción al inglés con comentarios in Plantía:Cita arxiv
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 «Nobel Prize in Physics 1936 – Presentation Speech». Nobelprize.org (10 d'avientu de 1936). Consultáu'l 27 de febreru de 2013.
  3. ↑ V.F. Hess. «The Nobel Prize in Physics 1936». The Nobel Foundation. Consultáu'l 11 de febreru de 2010.
  4. ↑ V.F. Hess. «Unsolved Problems in Physics: Tasks for the Immediate Future in Cosmic Ray Studies». Nobel Lectures. The Nobel Foundation. Consultáu'l 11 de febreru de 2010.
  5. ↑ Diariu La Nación, 09/11/2007: Develan unu de los misterios del cosmos

Enllaces esternos

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Predecesor:
Rayu gamma 		Radiación cósmico
Enerxía: ± 1020 eV 		Socesor:
-





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