“¿Quién ordenó esto?”
Isaac Rabi
Héctor Rago
“¿Quién ordenó esto?” , exclamó desconcertado Isaac Rabi. La frase resonó enfática. La gastronómica frase aludía a una nueva partícula elemental recién descubierta, y que no estaba en el menú ni en los ingredientes con que se cocinaba el mundo físico. Nadie sabía por qué existía el muón, así fue bautizada la nueva partícula elemental. Nadie sabía que cientos de ellos nos están atravesando en este preciso minuto. Nadie sabía cuál era su papel en la estructura de la materia.
1937. La mecánica cuántica y la relatividad ya eran herramientas usuales de los físicos. La materia se concebía como formada por electrones que orbitan un núcleo compuesto por protones y neutrones, estos últimos descubiertos apenas cinco años antes. El positrón, la antipartícula del electrón predicha por la ecuación de Dirac, también había sido detectada por Carl Anderson cinco años antes y en 1936 le fue concedido el premio Nobel. Fue entonces cuando los detectores que Anderson y Seth Neddermeyer subían en globos a diversas alturas, detectaron al muón, la nueva partícula no prevista en el menú conocido.
¿De donde se originan los muones? Qué sabemos hoy de ellos?
La Tierra está bombardeada constantemente por rayos cósmicos, partículas de enorme energía, producidas por fenómenos violentos como explosiones de supernovas. La mayoría son protones, pero también hay núcleos de helio y otros elementos. Estas partículas chocan con las moléculas de las capas superiores de la atmósfera terrestres y se producen entre otras partículas, una copiosa cascada de muones, la mayor parte a unos 15 Km de altura. Pronto se descubrió que los muones tienen carga eléctrica negativa, idéntica a la del electrón. Los detectores en globos aerostáticos a diferentes alturas mostraban que el número de muones disminuye a medida que nos acercamos a la superficie terrestre. La explicación obvia (y correcta) es que los muones son partículas inestables. En un lapso de unas dos millonésimas de segundo se desintegran produciendo partículas más familiares, electrones y neutrinos.
Se pudo determinar que los muones son unas doscientas veces más pesados que los electrones. Este dato permitió inferir que los muones viajan a velocidades formidablemente altas, hasta el 99, 98 % de la velocidad de la luz.
La desintegración de los muones planteó un problema agudo. El lapso de dos millonésimas de segundo es un promedio. Lo que quiere decir es que cada dos millonésimas de segundo el número de muones se reduce a la mitad. En el lapso para recorrer los 15 Km de atmósfera prácticamente todos los muones habrán decaído. En otras palabras, viajando al 99% de la velocidad de la luz durante dos millonésimas de segundo los muones apenas recorrerían unos 600 metros. ¿Cómo es posible que detectemos muones en la superficie de la Tierra?
Es entonces cuando la relatividad viene al rescate. Es una vigorosa predicción de la relatividad que el tiempo en un sistema que se mueve rápidamente, transcurre más lentamente. Dos millonésimas de segundo es el tiempo de vida media de los muones si estuvieran en reposo. Para una velocidad de 99,95% de la velocidad de la luz su tiempo de vida pasa de dos millonésimas a unas 110 millonésimas de segundo, y por eso una mayor proporción de muones logra llegar a la superficie de la Tierra.
La concordancia del número de muones a diferentes alturas con las expectativas teóricas fue una de las primeras comprobaciones de la relatividad especial.
Naturalmente que el muón tiene su antipartícula, con el mismo valor de la masa, y decae también en el mismo lapso, y solo difiere en que su carga es positiva.
Los muones pueden penetrar muchos metros en el suelo dependiendo de la densidad. Es precisamente por esta propiedad que en los años 1960´s fueron usados para detectar posibles cámaras ocultas en pirámides de Egipto. Y se vislumbra la posibilidad de usarlos para detectar metales pesados como plutonio, y otro elementos radioactivos.
De manera similar, en la Universidad Industrial de Santander, en Colombia, el Grupo Halley lidera un proyecto para hacer muografía de volcanes de tal suerte que el flujo de muones nos permita conocer el interior de los volcanes en una especie de radiografía cósmica.
En el Observatorio Pierre Auger en Argentina, se han detectado recientemente un flujo de muones mayor que el predicho por los modelos teóricos. Tal vez ese desacuerdo nos esté hablando de una física que aún no entendemos.
Los muones te atraviesan sin que tú ni ellos se enteren. Efímeros pero fundamentales Enigmáticos aún, son una parte del universo, como tú, los electrones o las galaxias.
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En la musicalización de este blog se usó:
- Michel Petrucciani al piano, sur Colors.14 Julio 1998. Festival de jazz del Mar del Norte.
2.- Lindécis – Soulful.5
3.- Suite Nº 1 en Sol Mayor, Minueto I y 2 para Cello y Bajo, J.S. Bach.
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