Durante una tormenta, el cielo funciona como una gigantesca batería: en la nube se acumula carga eléctrica y el rayo la descarga. Esa carga es invisible, pero la detectan las partículas cósmicas: los muones, que llueven constantemente sobre la Tierra desde el espacio. Al atravesar una nube cargada, el muón se acelera o frena ligeramente, y por esos cambios se puede deducir el voltaje en la nube.
El telescopio GRAPES-3, en la India, registró durante diez años el flujo de muones durante tormentas. Se descubrió que desde el lado este del cielo llegan casi seis veces más muones que desde el oeste. La causa no está en las nubes mismas, sino en que los muones son de dos tipos: positivos y negativos, y hay más positivos en el flujo. El campo magnético terrestre desvía con más fuerza a las partículas positivas, por lo que desde el este llegan más, y además 'sienten' mejor la cima cargada de la nube de tormenta.
Los científicos comprobaron este panorama con simulaciones por ordenador. Si se elimina la diferencia entre muones positivos y negativos, la asimetría este-oeste desaparece. Es decir, es precisamente el desequilibrio de cargas lo que hace que las tormentas del este sean más 'visibles' para el telescopio. Es la primera vez que se logra relacionar directamente la carga de los muones con la dirección de la tormenta.
Ahora los telescopios de muones pueden usarse como sensores sensibles de los campos eléctricos en la atmósfera. Una tormenta que no se ve a simple vista igualmente se delata por el flujo de partículas.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2603.26112
The electric fields inside thunderstorms can significantly modify the intensity of secondary cosmic ray muons at the ground level, producing measurable variations in their intensity ($$\Delta$$I$$_{\mu}$$). By utilizing the decade-long observations of thunderstorms (April 2011-December 2020) by the GRAPES-3 muon telescope (G3MT), a directional asymmetry in $$\Delta$$I$$_{\mu}$$ is observed, with nearly six times more events being detected from the east than the west directions. Using detailed CORSIKA Monte Carlo simulations, it is shown that this asymmetry is caused by the variations of the muon charge ratio R$$_\mu$$ (N$$_{\mu^+}$$/N$$_{\mu^-}$$). The anisotropic R$$_\mu$$ in turn, is caused by the systematic changes in geomagnetic cutoff rigidities, and subsequent selective filtering of predominantly positively charged primary cosmic rays. As a consequence, the R$$_\mu$$ increases systematically from west to east across the G3MT field of view, enhancing the sensitivity of east directions to positively charged thunderstorm top. Monte Carlo simulations with constant R$$_\mu$$ show that the directional asymmetry disappears, demonstrating the muon charge imbalance to be the dominant driver of the observed asymmetry. The dependence of R$$_\mu$$ on the hadronic interaction is also studied by comparing seven combinations high-, and low-energy hadronic interaction generators, which show a $$\lesssim$$7% spread in R$$_\mu$$, and $$\lesssim$$14% variation in the derived thunderstorm potentials. These results provide the first quantitative link between the muon charge asymmetry caused by the geomagnetic field, and the directional distribution of thunderstorms, reinforcing the role of muon observations as a probe of gigavolt potentials in atmospheric electrical structures.
Los muones nacen en las capas altas de la atmósfera cuando los rayos cósmicos chocan con los núcleos del aire. En un segundo, aproximadamente un muón atraviesa la palma de la mano de una persona.
En la novela 'Solaris' de Stanislaw Lem, el océano del planeta controla la gravedad para influir en la órbita de la estación. Aquí, la tormenta controla el flujo de partículas: un motivo similar de influencia invisible.