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A principios del siglo XX la ciencia, y muy en particular la física, vivió un periodo revolucionario de descubrimientos. Entre ellos, de los más destacables por sus consecuencias, se encontraba el de la radioactividad, por el que se supo de la existencia de partículas cargadas (microscópicos componentes fundamentales de la materia) que determinadas sustancias emitían de manera natural al desintegrarse.

Los físicos de la época observaban que un electroscopio, un instrumento que detectaba la presencia de partículas cargadas en la atmósfera, hallaba las mismas cantidades incluso lejos de las fuentes radioactivas conocidas. La opinión predominante de la época era la de que estas partículas provenían de elementos radioactivos naturales presentes en la corteza terrestre ¡incluso a alturas de varios cientos de metros! ¿Qué clase de potentísima radiación podría atravesar la roca y llegar hasta esa altitud?

En estos momentos de confusión entra en escena un joven científico austriaco: Victor Francis Hess (1883-1964). Recién obtenido su doctorado en la Universidad de Graz, en 1910, donde había pasado toda su vida, era por entonces profesor ayudante en la Academia de Ciencias de Viena. Y decidió embarcarse (literalmente) en una prodigiosa aventura para zanjar, esperaba él, definitivamente el misterio.

Ascenso en globo

Armado con tres electroscopios de los usados en la época para medir la radioactividad, ropa de abrigo y acompañado de un meteorólogo y un navegante, se subió a un globo en un prado en las cercanías de Aussig (Austria). Ascendió hasta una altitud de unos 5.000 metros (a unos 15 grados bajo cero) para registrar altitud, temperatura y medir la carga de los electroscopios, durante tres horas, hasta aterrizar en las cercanías de Berlín. El resultado fue, desde luego, asombroso: el nivel de partículas cargadas (o de ionización atmosférica) no sólo no disminuía sino que aumentaba. La conclusión para Hess era obvia y así hizo una arriesgada afirmación que incluiría en la publicación de sus resultados, en noviembre de 1912: "La mejor explicación para los resultados de mis observaciones se basa en el supuesto de que una radiación de gran poder penetrante entra en nuestra atmósfera desde arriba".

Esta conclusión resultó ser tremendamente controvertida y no fue aceptada entre gran parte de la comunidad científica. Entre ellos, el propio Robert Millikan, un prestigioso físico americano que recientemente había determinado la carga eléctrica del electrón (las partículas de carga mínima responsables de las corrientes eléctricas). Él mismo realizó una serie de experimentos entre 1923 y 1926, subiendo a varias cumbres y usando globos sonda. Sus resultados confirmaron el descubrimiento de Hess punto por punto, denominando a este nuevo tipo de radiación "rayos etéreos de origen cósmico" o rayos cósmicos.

Pero, ¿qué eran? De pronto, el universo había dejado de ser el plácido y eterno remanso en el que sólo la luz viajaba de un lugar a otro atravesando enormes distancias. Ahora pasaba a ser un lugar surcado por potentísimas radiaciones, a la que pronto se unirían ondas de radio, rayos X y rayos gamma entre otros descubrimientos. Los rayos cósmicos demostraron estar compuestos principalmente de partículas cargadas que, al chocar con la atmósfera, producían una miríada de partículas cargadas más ligeras, entre ellas algunas desconocidas hasta entonces, o sólo predichas en la teoría. Protones y electrones de altísima energía eran los principales componentes de esta radiación, que parecía provenir en grandes cantidades tanto del Sol como de lejanos puntos de la Galaxia y más allá. El origen de los más energéticos sigue siendo hoy un misterio.

Física de partículas

Estos descubrimientos abrirían el nuevo campo de la física de partículas, que más adelante se estudiarían con mucha más precisión en laboratorios y aceleradores. El mayor acelerador construido por seres humanos, el LHC en Ginebra, se pondrá en marcha definitivamente a lo largo de 2009, consiguiendo partículas con energías todavía miles y millones de veces más bajas que algunos de los rayos cósmicos detectados hasta ahora. Sin embargo, en el LHC inmensos detectores estarán observando cada colisión, a la espera de pistas que revelen la física que hay más allá de los modelos conocidos para la materia. La física nuclear fue otro de los campos directamente beneficiados por estos nuevos datos.

Los rayos cósmicos le valieron a Victor F. Hess, entre otros premios, el Nobel de Física en 1936 (junto con el descubridor del positrón), siendo por entonces ya catedrático en la Universidad de Innsbruck. Tuvo que abandonar su Austria natal tras la ocupación nazi en 1937, para convertirse en profesor de Física en la Universidad de Fordham, Nueva York.

Ignacio Sevilla es doctor en Astrofísica de Partículas e investigador posdoctoral del Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)

Publicado originalmente en El País (España)