¿Los rayos cósmicos causan rayos?


Joseph Dwyer, profesor de física y ciencias del espacio en el Instituto de Tecnología de Florida, se ha estado preguntando lo mismo. Su pregunta se encuentra en el núcleo de uno de los grandes misterios de la ciencia: ¿qué causa los rayos? Las décadas de mediciones de campo eléctrico realizadas dentro de tormentas eléctricas no han logrado encontrar campos eléctricos lo suficientemente grandes como para causar una chispa, incluso cuando se toman en cuenta los efectos de la precipitación. Como sab

Joseph Dwyer, profesor de física y ciencias del espacio en el Instituto de Tecnología de Florida, se ha estado preguntando lo mismo.

Su pregunta se encuentra en el núcleo de uno de los grandes misterios de la ciencia: ¿qué causa los rayos? Las décadas de mediciones de campo eléctrico realizadas dentro de tormentas eléctricas no han logrado encontrar campos eléctricos lo suficientemente grandes como para causar una chispa, incluso cuando se toman en cuenta los efectos de la precipitación. Como sabemos que ocurre un rayo, de hecho, golpea la tierra aproximadamente cuatro millones de veces al día, debemos estar perdiendo algo en nuestra comprensión.

Un mecanismo propuesto por el físico ruso Alex V. Gurevich, del Instituto de Física Lebedev y sus colaboradores, sugiere que el movimiento de grandes duchas de partículas energéticas producidas por rayos cósmicos de alta energía, que se originan a partir de estrellas en explosión en la mitad de la galaxia, podría proporcionar una Camino que inicia el rayo. De hecho, hay tipos de detectores de partículas llamados cámaras de chispa que explotan este principio. En una cámara de chispas, se aplica un voltaje muy grande a través de un pequeño espacio lleno de gas. El campo eléctrico resultante es lo suficientemente grande como para causar que la brecha se rompa (o produzca chispas), siempre que existan algunos electrones libres para que todo el proceso continúe. Piensa en rocas sueltas listas para caer por la ladera de una montaña. Para poder hacer avanzar una avalancha, todo lo que se necesita es la primera roca en movimiento. De manera similar, cuando una partícula cargada (la primera roca) pasa a través del espacio, la ionización que deja atrás causará una chispa, que más o menos sigue el camino de la partícula. Para este tipo de detectores, la ubicación de la chispa se puede usar para identificar cuándo y dónde pasó la partícula cargada.

Por otro lado, el caso de las tormentas eléctricas y los rayos es ligeramente diferente. A diferencia de la cámara de chispas, los campos eléctricos dentro de la tormenta eléctrica no parecen ser lo suficientemente grandes como para iniciar una chispa, por lo que para que el mecanismo de Gurevich haga el trabajo, tuvo que suponer que había muchas, muchas partículas cargadas pasando a través de la tormenta. En seguida. Debido a que las duchas de aire de rayos cósmicos no producen suficientes partículas por sí mismas, Gurevich postuló que la tormenta le dio un impulso a la lluvia de rayos cósmicos al aumentar el número de electrones energéticos a través de un proceso exótico llamado "desintegración descontrolada".

La ruptura de fuga ocurre cuando la fuerza de arrastre que experimentan los electrones al moverse a través del aire es menor que la fuerza eléctrica que actúa sobre ellos. En tales casos, los electrones se "escaparán" y obtendrán grandes cantidades de energía. A medida que los electrones fuera de control chocan con las moléculas de aire, generan otros electrones fuera de control más rayos X y rayos gamma, lo que resulta en una avalancha de partículas de alta energía. En lugar de rocas en un deslizamiento de tierra, piense en los electrones fugitivos como metralla que desgarra un camino a través de la nube de tormenta. Según el modelo de Gurevich, esta trayectoria conductora es la que causa los rayos.

La ruptura de fuga puede crear grandes cantidades de electrones de alta energía, así como rayos X y rayos gamma. Curiosamente, sabemos que la descomposición fuera de control funciona para los campos eléctricos bajos que ya se han visto dentro de las tormentas. También sabemos que a veces sucede justo antes de los rayos, porque podemos ver grandes ráfagas de rayos X y rayos gamma disparando fuera de las tormentas. De hecho, estos rayos gamma son tan energéticos y tan brillantes que se han observado desde el espacio exterior, a 600 kilómetros (373 millas) sobre la superficie de la Tierra.

Entonces, ¿todo esto se suma a los rayos cósmicos como la causa de los rayos? Nadie puede estar seguro en este momento.

Algunos investigadores, incluido yo mismo, han expresado su escepticismo sobre este mecanismo, debido a algunos problemas técnicos. Por ejemplo, para que un rayo se propague debe formar un canal caliente y conductor. Este canal actúa como un cable metálico, permitiendo que fluyan corrientes eléctricas muy grandes. Es difícil entender cómo una descarga grande y difusa producida por una ducha de aire y una avería descontrolada puede hacer que un canal caliente de este tipo mida unos pocos centímetros de ancho. Se han propuesto explicaciones alternativas de la iniciación del rayo, incluidas algunas que implican una descomposición convencional de las partículas de agua y hielo, así como otras que implican diferentes formas de degradación fuera de control sin rayos cósmicos. Los científicos están ocupados trabajando en modelos y experimentos para probar la validez de todas estas ideas.

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