Logran usar rayos cósmicos como «super aceleradores» de partículas

El trabajo, recién aparecido en Physical Review Letters, utiliza las mediciones de rayos cósmicos ultraenergéticos obtenidas por el Observatorio Pierre Auder, en Argentina, que ha estado registrando datos de UHECR durante una década. El estudio, además, podría dar pistas sobre la existencia de nuevos fenómenos físicos desconocidos, que se dan en niveles de energía mucho más altos de los que puede lograr el Gran Colisionador de Hadrones del Cern , en Suiza, donde en 2012 se descubió el bosón de Higgs . Los rayos cósmicos ultraenergéticos, en efecto, proporcionan un rango energético que es un orden de magnitud superior al del LHC.

A pesar de que los científicos llevan varias décadas intenténdolo, el origen de los UHECRs sigue siendo un misterio. Pero incluso sin haber identificado sus fuentes, las "cascadas" de partículas que crean estos rayos cósmicos cuando entran en nuestra atmósfera pueden ser utilizadas para hacer experimentos nunca vistos en física fundamental.

Los rayos cósmicos son núcleos atómicos. Cuando chocan con otras partículas, se crean cientos de partículas nuevas, (exactamente igual que sucede en el interior del anillo del LHC), que a su vez colisionan con otras y causan auténticas cascadas de partículas en la atmósfera terrestre. Telescopios como el Pierre Auger estudian, precisamente, cómo esas lluvias de partículas evolucionan a medida que viajan a través de la atmósfera, y sus detectores de superficie miden y analizan las que consiguen llegar hasta el suelo.

Hasta ahora, la dificultad de utilizar estas "duchas" de partículas ultraenergéticas para estudiar física fundamental, procedía de la incertidumbre alrededor de cada rayo cósmico individual, al no saber exactemente de qué núcleo atómico se trataba en cada ocasión.

Pero Glennys Farrar, de la Universidad de Nueva York, y Jeff Allen, su investigador de posgrado, solucionaron el problema utilizando la atmósfera de manera similar a como se emplean los detectores de partículas en un laboratorio. En su estudio, los investigadores compararon los datos de 441 rayos cósmicos ultraenergéticos captados por el telescopio Pierra Auger con simulaciones de lluvias de partículas generadas por ordenador en base a los modelos derivados de experimentos reales en aceleradores.

"Los modelos actuales de física de partículas subestiman seriamente un componente clave de estas duchas de UHECRs -explica Farrar-. Y eso puede apuntar a la aparición de procesos físicos imprevistos, que se dan en un rango energético mucho más alto que el del LHC. Futuros estudios y las actualizaciones ya previstas para el Telescopio Pierre Auger deberían revelar lo que está produciendo esa señal extra, proporcionando una ventana sobre la física de partículas que va mucho más allá del alcance de los aceleradores".