Los rayos cósmicos son partículas cargadas que bombardean continuamente la Tierra desde las profundidades del espacio. Cuando una de estas partículas entra en la atmósfera, choca con los núcleos del aire y genera toda una cascada de partículas secundarias: electrones, muones, fotones. Esta cascada se denomina lluvia atmosférica extensa y puede extenderse a lo largo de kilómetros. A partir de la lluvia, los científicos intentan averiguar qué partícula llegó y cuánta energía tiene, pero no es fácil: la lluvia se parece más a una huella borrosa que a una impresión nítida.
En el observatorio LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory, en chino: Gran Observatorio de Lluvias Atmosféricas de Gran Altitud) en China, se les ocurrió un nuevo método para reconstruir la energía y la masa de la partícula primaria. En lugar de recoger toda la lluvia por completo, miden la densidad de partículas a una distancia fija del eje de la lluvia: es como no mirar toda la huella del pie, sino la nitidez de la impresión en un solo punto. Este enfoque resultó ser más preciso: el error en la energía es del 5 al 15 por ciento, y para núcleos pesados, como el hierro, la masa se puede determinar con una precisión mejor del 25 por ciento. El método funciona igual para todos los tipos de partículas y casi no depende del modelo de interacciones que usen los físicos, algo que suele ser un dolor de cabeza en este tipo de mediciones.
¿Para qué sirve esto? Los rayos cósmicos con energías superiores a aproximadamente 1 PeV (petaelectronvoltio, que es mil veces más de lo que puede producir el Gran Colisionador de Hadrones) transportan información sobre los aceleradores más potentes del universo: explosiones de supernovas, púlsares, núcleos activos de galaxias. En el espectro de los rayos cósmicos hay una ruptura, la llamada "rodilla", donde el número de partículas cae bruscamente. Quizás sea el límite de la capacidad de nuestra galaxia para contener partículas o el límite de su aceleración. El nuevo método de LHAASO ayudará a entender qué partículas exactamente y con qué energías llegan a la Tierra y, por tanto, dónde y cómo nacieron.
Este enfoque es como pasar de una fotografía borrosa a una imagen nítida: menos ruido, más detalles. Y abre el camino hacia un mapa más preciso de los aceleradores cósmicos.
La partícula cósmica más energética jamás registrada tenía una energía de unos 300 EeV, equivalente al impacto de una pelota de tenis que viaja a 100 km/h, pero concentrado en un solo protón.
En la novela de Stanisław Lem "La voz del amo", los protagonistas intentan descifrar una señal del espacio, pero se enfrentan a que sus instrumentos distorsionan los datos: un problema similar al que enfrentan los físicos al reconstruir las propiedades de los rayos cósmicos a partir de las lluvias atmosféricas.