¿De dónde vienen esos rayos cósmicos tan energéticos?

La Tierra está siendo bombardeada continuamente por rayos cósmicos (protones o núcleos de alta energía) que vienen de fuera de nuestra galaxia. El espectro de energía de estos rayos decae rápidamente después del llamado límite de Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK), que está a unos 6×10¹⁹ eV; no obstante, se han observado rayos cósmicos con energías de hasta 3×10²⁰ eV.

Los astrofísicos se llevan preguntando durante mucho tiempo qué es lo que acelera las partículas a energías tan extraordinarias. Existen muchas posibilidades, como las supernovas o los chorros de materia relativistas provenientes de núcleos galácticos activos.

Pues bien, el experimento denominado Telescope Array ha proporcionado una buena pista, mediante la identificación de una zona del hemisferio celeste norte que envía una cantidad desproporcionada de rayos cósmicos ultraenergéticos en nuestra dirección. (El Observatorio Pierre Auger ya había identificado previamente una zona similar, aunque bastante más débil, en el hemisferio celeste sur).

Ilustración esquemática del Telescope Array.
[Dibujo hecho por Theturnipmaster (2013)]

Tras una exploración de cinco años que finalizó en mayo del 2013, el Telescope Array identificó 72 rayos cósmicos con energías por encima del límite GZK, a través de la lluvia de partículas creadas cuando los rayos cósmicos ultraenergéticos interaccionan con la atmósfera terrestre. Las partículas de la lluvia eran registradas por centelladores situados en el suelo, mientras que la energía depositada en el nitrógeno atmosférico era monitorizada mediante detectores de fluorescencia.

Alrededor de un 25% de los rayos cósmicos observados llegaban de la zona antes mencionada, que ocupa solo un 6% del hemisferio celeste norte. Se trata, sin embargo, de una zona suficientemente grande como para cubrir muchas fuentes potenciales de rayos cósmicos ultraenergéticos. De hecho, su extensión se debe en parte a que los campos magnéticos galácticos e intergalácticos curvan las trayectorias de los rayos, confundiendo un tanto las localizaciones de sus fuentes.

Afortunadamente, las partículas con energías cercanas o mayores que el límite GZK se curvan poco, de modo que un nuevo conjunto de telescopios mayores y más sensibles podría revelar con más precisión sus orígenes.
_____
Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/67/9/10.1063/PT.3.2504

Grabación magnética en rocas (II/II)

(Este artículo es continuación de Grabación magnética en rocas (I/II). Te recomiendo que lo leas primero).

Nuestra comprensión básica de la magnetización termorremanente (TRM por sus siglas en inglés) viene del trabajo experimental de Émile Thellier y Odette Thellier, así como de la interpretación teórica de Louis Néel. Los Thellier perfeccionaron un método de determinación de la paleointensidad que usaba una serie de TRM parciales en lugar de la TRM total como lo había hecho Folgheraiter^[1]. En esencia, al calentar una roca, se pierde parte de su TRM. Si la calentamos a una temperatura superior, se destruye más; y así hasta que todo el magnetismo desaparece a la temperatura de Curie. En la versión más usada en la actualidad, la TRM antigua de una roca o muestra arqueológica se va destruyendo progresivamente en un ambiente de campo nulo, mediante el calentamiento a una serie de temperaturas cada vez mayores seguidas de un enfriamiento a temperatura ambiente, punto en el cual se toman medidas del momento magnético. En los pasos intermedios, se aplica un campo H que restaura parcialmente la TRM perdida. Las fracciones perdidas o ganadas se llaman TRM parciales.

Representación del método Thellier.

La figura muestra una variante sencilla del método Thellier, en la que se mide un momento magnético de forma continua y la muestra se calienta sólo una vez a cada temperatura. Los Thellier descubrieron que sus muestras de ladrillos y cerámica daban una proporción constante de la TRM parcial antigua perdida frente a la TRM parcial de laboratorio ganada, lo que proporcionaba una forma fiable de determinar la intensidad del campo antiguo:

H_antiguo = (TRM parcial perdida/TRM parcial ganada) H_laboratorio.

El método funciona para esos materiales porque cada TRM parcial actúa independientemente de TRM producidas en otros intervalos de temperatura. Incluso si las diferentes TRM parciales son producidas por campos con diferentes intensidades o direcciones, se pueden separar limpiamente cuando la TRM compuesta o total se desmagnetiza al calentarlo a campo nulo.

_____
Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i6/p31_s1

1. ^{^} Ver Grabación magnética en rocas (I/II).

Grabación magnética en rocas (I/II)

Las rocas tienen una memoria magnética que puede durar millones o incluso miles de millones de años. El secreto de esa longevidad se halla en las altas temperaturas (cerca de su temperatura de Curie) a la que los minerales son expuestos mientras se enfrían en presencia del campo magnético de la Tierra, así como al efecto estabilizador del propio proceso de enfriamiento. Esta memoria se denomina magnetización termorremanente (TRM por sus siglas en inglés). Se trata de una magnetización mucho más resistente a campos posteriores que la que se produce cuando se aplican campos a temperaturas ambiente, que es la que tiene lugar, por ejemplo, en el disco duro de un ordenador y con la que todos estamos familiarizados. No obstante, una pequeña fracción de la TRM responde al campo de la Tierra y lo graba durante sucesos de calentamiento posteriores, como el enterramiento de las rocas durante la creación de una montaña o en la subducción de placas.

Existe una ciencia que usa el magnetismo de las rocas para registrar los cambios en el campo magnético de la Tierra y el movimiento de los continentes: el paleomagnetismo. Podemos considerar su comienzo en 1899, cuando Giuseppe Folgheraiter observó que cerámicas de diferentes épocas mostraban un gran desplazamiento (más de 60°) en la dirección del campo terrestre a lo largo de un periodo de siete siglos. Folgheraiter fue el primero que comparó TRM producida en un laboratorio con la TRM antigua para intentar determinar la intensidad del paleocampo de la Tierra. Sin embargo, no llegó a ningún resultado positivo.

Fue por los años cincuenta cuando los científicos se dieron cuenta de que los aparentes cambios en la dirección del campo magnético terrestre podrían deberse más bien al movimiento de los continentes en relación a los polos magnéticos de la Tierra, como ya propuso Alfred Wegener años antes. Esta hipótesis fue la que impulsó la investigación que posteriormente llevó al descubrimiento de la tectónica de placas, el motor que mueve los continentes y océanos.

En el próximo artículo podremos conocer un poco más de los comienzos de estas investigaciones.
_____
Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i6/p31_s1

Nuevo aparato para detectar bombas

Limpiar una zona donde ha habido un conflicto puede llevar mucho tiempo. Sobre todo encontrar bombas no explotadas, minas terrestres y municiones de guerra, que suelen permanecer enterradas durante años hasta que son desenterradas de alguna forma. Hay cientos de miles de kilómetros cuadrados con bombas que no han explotado. Para encontrar estos peligros escondidos, un equipo de la BAE Systems ha desarrollado un aparato que hace uso de lo que llaman métodos de inducción electromagnética transitoria (TDEM por sus siglas en inglés). Con este aparato pueden distinguir entre las municiones de guerra enterradas y la basura inofensiva, que suele ser el principal problema. El aparato consta básicamente de 25 bobinas sobre una plataforma cuadrada que se puede arrastrar por el suelo. Parece una cortacésped del tamaño de una mesa de pimpón. Se envían pulsos eléctricos a través de las bobinas, lo que genera campos magnéticos que, a su vez, inducen una ligera corriente en cualquier pedazo de metal enterrado que esté debajo del aparato. El objeto enterrado emite a su vez su propio campo magnético característico que es recogido por las bobinas del detector. Es el mismo principio de los detectores de metales que se usan en las playas. Pero, por medio de sus múltiples bobinas, nuestro detector no sólo mide la presencia de otro campo magnético, sino también su forma. Analizando el modo en que el campo se relaja, el aparato puede caracterizar la conductividad, la forma y el tamaño del objeto enterrado, características todas importantes para su identificación. Obtenidos estos datos, se pueden comparar con las características de municiones conocidas y determinar qué podría haber bajo la superficie. También es posible detectar artefactos explosivos improvisados1, tan frecuentes en los conflictos de Irak y Afganistán, gracias a que tienen formas bien definidas. La pega es que hay que estar cerca de un objeto para poder detectarlo. Se han hecho pruebas con cartuchos de mortero vacíos con bastante éxito. Más difícil, de momento, es identificar si un objeto de metal está hueco, otra característica clave  de las bombas no explotadas. Por otro lado, también necesitan reducir el tamaño del aparato, ya que no es muy práctico para bosques y otros espacios estrechos.

_____
Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201205/tdemdevice.cfm

1. ^{^} También llamados IED por sus siglas en inglés.

La física nuclear ayuda a detectar cáncer de mama

Ya lo sabíamos, pero aquí va otro ejemplo de cómo la física puede ayudar a mejorar la vida diaria. Edward Flynn es un físico nuclear que trabajó en el Laboratorio Nacional de Los Álamos (LANL) durante 38 años. Cuando a su esposa le diagnosticaron un cáncer de mama, la experiencia única que había adquirido mediante los años de investigación le fueron particularmente útiles para enfrentarse al problema. La cuestión era si podría desarrollar una mejor herramienta de detección utilizando nanopartículas y sensores magnéticos.

Se puso manos a la obra y creó una técnica en la que se le inyectan al paciente nanopartículas de óxido de hierro cubiertas de anticuerpos, los cuales se adhieren a células cancerosas específicas presentes en un tumor. Después se somete al paciente a un pequeño campo magnético que alinea las nanopartículas metálicas; y cuando se apaga el campo, las nanopartículas emiten una señal magnética que es detectada por unos sensores SQUID (v. Diccionario). La medida de esta señal muestra a los doctores cuántas partículas metálicas hay (y, por tanto, cuántas células cancerosas) y en qué parte se encuentran.

Este sistema requiere sólo un número muy pequeño de células cancerosas, aproximadamente 100.000, frente a los varios millones de células que se necesitan para una mamografía, por lo que permite que se detecten los tumores mucho antes. Según Flynn, se puede detectar un tumor de cáncer de mama con 100% de precisión hasta tres años antes que con una mamografía. Asimismo, permite monitorizar el tratamiento más de cerca, ya que se puede medir el número de células presentes y así ayudar a los médicos en la detección de la metástasis.

Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201110/profiles.cfm?renderf