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Cómo se producen los rayos (3)

Cómo se producen los rayos (3)
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Lo habíamos dejado en que la acumulación de carga positivas en la zona superior de la nube y en la superficie terrestre, justo por debajo de la misma. Entre ambas zonas positivas, la base de la nube queda cargada negativamente. Con esto, el terreno está sembrado para que se produzcan descargas.

Sin embargo, la descarga no ocurre espontáneamente debido a que el aire es un buen aislante de la electricidad, y el campo eléctrico en el interior de la nube no es suficiente, ni de largo, para llegar a la ruptura dieléctrica del aire.

Como ya os adelanté, la nube recibe ayuda procedente del espacio exterior para poder desencadenar la descarga: los rayos cósmicos.

Los rayos cósmicos, pese a su nombre, no son rayos en sí; más bien son partículas individuales de muy alta energía. Su origen no está muy claro, aunque lo más probable es que se formen de varias formas diferentes. Algunos provienen de nuestro propio sol, sobre todo cuando hay tormentas solares. Otros son partículas expulsadas durante la explosión de una supernova, o bien aceleradas en el disco de acreeción de un agujero negro.

En su mayor parte son protones (o antiprotones), ya que es el barión más estable. Pero también hay algunos rayos gamma (luz muy ultravioleta, por decirlo así), y electrones (el leptón más estable). Lo importante para lo que nos ocupa es que son partículas individuales que poseen una cantidad ingente de energía.

Para que os hagáis una idea, el récord lo marcó un sólo protón que transportaba una energía de 50 Julios. Esa es la misma energía que debemos suministrar a una masa de un kilogramo para elevarla a cinco metros de altura, aproximadamente. Pero toda esa energía estaba concentrada en una sóla partícula cuya masa es 0,00000000000000000000000000167262171kg.

Cuando partículas tan energéticas entran en nuestra atmósfera, tarde o temprano acaban colisionando con una molécula. Al hacerlo, se libera toda su energía. ¿Recordáis que la energía se puede convertir en masa? (O, mejor dicho, que la masa es un tipo de energía). Pues lo que ocurre es que la energía del rayo cósmico incidente se libera generando centenares de nuevas partículas.

Por lo tanto, la energía del rayo cósmico original se reparte entre muchas nuevas partículas. Pero como había muchísima energía para repartir, a cada partícula nueva le sigue tocando una cantidad ingente de energía. Esto es lo que se conoce como cascada de partículas. Este es el mismo fenómeno que intentamos reproducir con las colisiones que realizamos en los aceleradores de partículas, aunque por desgracia no podemos llegar a las impresionantes energías de los rayos cósmicos.

En particular, entre esta miríada de nuevas partículas habrá muchos electrones. Como son muy ligeros, cuando tienen tanta energía se mueven prácticamente a la velocidad de la luz, y reciben el nombre de electrones relativistas.

Este tipo de cascadas generadas por rayos cósmicos ocurren constantemente en todo el mundo. Pero si se da la casualidad que un rayo cósmico impacta con la atmósfera cerca de una tormenta, es posible que un electrón relativista entre dentro de la nube ya electrificada. Pues bien, es este electrón tan energético el responsable de que se desencadene la descarga que llamamos rayo. En el siguiente capítulo veremos como creemos que lo hace.

En Genciencia | Cómo se producen los rayos(1): Introducción (2): Electrificación de la nube (3): Rayos cósmicos, sembrado de electrones (4): Ruptura relativista del aire (5): Formación del canal conductor (6): Descargas y conclusión

Vía | How cosmic rays trigger lightning strikes, New Scientist, agosto 2005
Fotos | Dinoj

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