Tres formas de viajar (casi) a la velocidad de la luz

Los científicos estudian el modo en que las partículas se aceleran con el objetivo, entre otras cosas, de mantener seguras las misiones espaciales

MadridActualizado:

Hace unos días se conmemoraba el centenario de la verificación de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, las ideas que son la base de cómo entendemos el mundo a día de hoy. Un eclipse probaba cómo la luz se curva por acción de la gravedad, dando la razón al genial físico y quitándosela al mismísimo Isaac Newton. Pero los postulados de Einstein iban más allá: ya en su teoría de la relatividad especial -a la que nadie hizo demasiado caso- afirmaba que la luz era mucho más y que sus partículas viajaban a través de un vacío a un ritmo constante de 299.792.458 metros por segundo (1.080.000.000 kilómetros por hora), una velocidad que es inmensamente difícil de alcanzar e imposible de superar en ese entorno. Una idea revolucionaria que aún hoy brinda orientación para que comprendamos, entre otras cosas, la mecánica del espacio, y mantener a las naves espaciales y los astronautas a salvo de la radiación.

En todo el universo, desde los agujeros negros a nuestro entorno cercano a la Tierra, las partículas, de hecho, se aceleran a velocidades increíbles, incluso alcanzando el 99,9% de la velocidad de la luz. Uno de los trabajos de las agencias espaciales es comprender mejor cómo se aceleran estas partículas. El estudio de estas partículas súper rápidas, llamadas también relativistas, puede ayudar a proteger futuras misiones a la Luna, a Marte, para conocer más en profundidad nuestro vecindario cósmico o, quien sabe si, como algunos apuntan, crear nuevos sistemas de propulsión de nuestras naves. Pero, ¿cómo se consiguen estas aceleraciones casi de ciencia ficción? Los científicos apuntan hacia tres formas concretas, tal y como recoge el portal especializado Phys.org.

Campos electromagnéticos

La mayoría de los procesos que aceleran las partículas a velocidades relativistas funcionan con campos electromagnéticos, la misma fuerza que mantiene los imanes pegados a tu nevera. Los dos componentes, el campo eléctrico y el magnético, como dos caras de la misma moneda, trabajan juntos para mover partículas a velocidades relativistas en todo el universo.

En esencia, los campos electromagnéticos aceleran las partículas cargadas porque éste las empuja, de manera similar a como la gravedad atrae a los objetos con masa. En las condiciones adecuadas, los campos electromagnéticos pueden acelerar las partículas a una velocidad cercana a la de la luz.

En la Tierra, los campos eléctricos a menudo se aprovechan los laboratorios -aunque a menor escala- para realizar experimentos en los laboratorios. Pero no son tan pequeños como pueda parecer: los aceleradores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones y el Fermilab -que ocupan decenas de kilómetros-, usan campos electromagnéticos pulsados para acelerar las partículas cargadas hasta un 99.99999896% de la velocidad de la luz. A estas velocidades, las partículas pueden romperse para producir colisiones con inmensas cantidades de energía. Esto permite a los científicos buscar partículas elementales y comprender cómo era el universo en las primeras fracciones de segundo después del Big Bang.

Explosiones magnéticas

Los campos magnéticos están en todas partes en el espacio: rodeando la Tierra y abarcando el Sistema Solar. Son responsables de guiar a las partículas cargadas que se mueven a través del espacio, las cuales giran a su alrededor.

Cuando estos campos magnéticos chocan entre sí, pueden enredarse. Y en el momento en que la tensión entre las líneas cruzadas se vuelve demasiado grande, las líneas se rompen y se vuelven a alinear de manera explosiva. Se trata de un proceso conocido como reconexión magnética: el veloz cambio en el campo magnético de una región crea campos eléctricos, lo que hace que todas las partículas cargadas se desplacen a altas velocidades. Los científicos sospechan que la reconexión magnética es una forma en que las partículas, por ejemplo, el viento solar -que es el flujo constante de partículas cargadas del sol-, se aceleran a velocidades relativistas.

Pero esas partículas rápidas también crean variedad de efectos secundarios cerca de los planetas. Así, en nuestro planeta podemos observarlos en forma de auroras boreales: cuando se produce una reconexión magnética en el lado de la Tierra que está alejado del Sol, las partículas pueden lanzarse a la atmósfera superior denuestro planeta, donde producen las auroras. También se piensa que la reconexión magnética es responsable de otros efectos alrededor de otros planetas como Júpiter y Saturno, aunque de formas ligeramente diferentes.

Los resultados de los datos analizados pueden ayudar a los científicos a comprender la aceleración de partículas a velocidades relativistas alrededor de la Tierra y en todo el universo.

Interacciones onda-partícula

Aparte de los dos métodos ya citados, las partículas pueden acelerarse por interacciones con ondas electromagnéticas, llamadas interacciones onda-partícula. Cuando las ondas electromagnéticas chocan, sus campos pueden comprimirse. Las partículas cargadas que rebotan entre las ondas ganan energía, como una bola entre dos superficies que se acercan.

Estos tipos de interacciones ocurren constantemente en el espacio cercano a la Tierra y son responsables de acelerar las partículas a velocidades que pueden dañar la los componentes electrónicos de las naves espaciales y los satélites en el espacio.

También se piensa que las interacciones onda-partícula son responsables de acelerar algunos rayos cósmicos que se originan fuera de nuestro Sistema Solar. Después de una explosión de una supernova, una capa densa y caliente de gas comprimido -llamada onda expansiva- se expulsa del núcleo estelar. Llenas de campos magnéticos y partículas cargadas, las interacciones onda-partícula de estas burbujas pueden lanzar rayos cósmicos de alta energía al 99.6% de la velocidad de la luz. Además, se cree que las interacciones onda-partícula también pueden ser parcialmente responsables de acelerar el viento solar y los rayos cósmicos del Sol.