Capturando rayos cósmicos

Las imágenes que ilustran este artículo capturan el movimiento y las colisiones de los "rayos cósmicos" - partículas misteriosas que se originan en algún lugar del espacio profundo - mientras pasan por el detector STAR en el Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC). Los resultados son por sí mismos profundamente hermosos.

Los rayos, producidos en su mayoría como resultado de explosiones de supernovas y que nos llegan casi a la velocidad de la luz, no son solo cosas bellas. Los físicos que llevan a cabo investigaciones en el RHIC -una instalación del Departamento de Energía de los Estados Unidos para la investigación en física nuclear en el Brookhaven National Laboratory- usan sus señales como una herramienta para calibrar los masivos detectores que recogen datos para los experimentos de física del colisionador.

El "corazón" del detector STAR es su cámara TPC (Time Projection Chamber), un cilindro de cuatro metros de ancho y 4,2 metros de largo lleno de una mezcla de gas de argón y metano, explicó Irakli Chakaberia, un científico investigador del experimento STAR. El sistema actúa como una cámara que puede capturar más de 2.000 imágenes por segundo. Trazar las huellas de una lluvia de rayos cósmicos que atraviesa el gas ayuda a los científicos a saber si todos los componentes de sus detectores funcionan correctamente.

Cuanto mayor es la energía del rastro cósmico original, mayor es la proliferación de la lluvia, creando lo que parecen ser imágenes más "vivas" y con muchos rastros presentes en la cámara. La forma en que aparece la trayectoria ayuda a mostrar la velocidad de la partícula: cuanto más rápido se mueve, más recta es esta. Las partículas sin carga eléctrica siempre se mueven en líneas rectas; sin embargo, ni siquiera pueden ser vistas por el detector. STAR solo es capaz de rastrear las partículas cargadas, que se ven afectadas por el campo magnético del detector, creando una curva. Aquellas con menor impulso, llamadas partículas "blandas", son más atraídas por los imanes del detector y se curvan más que las más rápidas.

Para ayudar a calibrar el detector STAR, los físicos rastrean y capturan imágenes de las lluvias de rayos cósmicos que fluyen desde el espacio. (Foto: BNL)

"Basándonos en la dirección de la curva, podemos decir si la partícula está cargada positiva o negativamente", dijo Chakaberia.

Cuando una partícula de rayos cósmicos colisiona con un átomo de gas en el detector, puede producir una partícula "más suave" que se mueve con menor energía. Al perder más energía mientras viaja alrededor, la partícula crea los curiosos círculos en las imágenes llamados "loopers". A veces en la cascada inicial hay partículas lo suficientemente "blandas" como para hacer un bucle por sí mismas.

Aunque los físicos utilizan potentes ordenadores para analizar los datos de STAR, "nada sustituye al ojo humano real", dijo Chakaberia.

"Por ejemplo, al mirar algunos datos cósmicos, hubo un caso en el que se reconstruyeron decenas de huellas en un solo sector del detector", dijo Chakaberia. "Esto podría, en principio, suceder, pero después de comprobar la visualización del evento a ojo era obvio que era el resultado de ruido en ese sector. El software no podía distinguir entre el ruido y los eventos reales hasta cierto punto. Así que esta visualización de los rastros ayudan mucho a averiguar lo que está pasando".

Después de que los rayos cósmicos hayan hecho su trabajo de prueba y calibración, STAR se muestra listo para capturar las miles de huellas producidas por las colisiones de iones en el RHIC. Para aumentar la posibilidad de que dos iones colisionen, miles de millones se lanzan uno contra otro con cada paso a través el detector, y las huellas revelan más de la belleza y el arte que se pueden encontrar en la ciencia. En este caso, todas las huellas de las partículas emergen del centro del detector, donde tiene lugar la colisión.

Los físicos nucleares analizan las huellas de la colisión de iones para aprender sobre un notable estado de la materia creado en las colisiones de iones pesados del RHIC. Este "plasma quark-gluón" es una sopa de partículas que imita cómo era el universo justo después del Big Bang. Es una especie de conexión cósmica: los científicos utilizan un detector calibrado por partículas del cosmos para aprender más sobre el maravilloso y desconcertante universo que las creó. (Fuente: NCYT Amazings)