La evidencia de la teoría de cuerdas: los rayos cósmicos

Los rayos cósmicos podrían ofrecer evidencia de la validez de la teoría de cuerdas. Los científicos están poco probable que vea algunos eventos improbables en los laboratorios de la Tierra, al menos sin mucho trabajo, así que a veces se ven en los que es más probable encontrarlos. Debido a que los rayos cósmicos contienen muy altas energías y tardan tanto en llegar hasta nosotros, los científicos esperan poder observar estos eventos difíciles de ver por el estudio de los acontecimientos cósmicos.

Los rayos cósmicos se producen cuando las partículas son enviados por los acontecimientos astrofísicos a vagar por el universo por sí sola, algunos viajando a velocidades cercanas a la de la luz. Algunos se quedan obligado dentro del campo magnético galáctico, mientras que otros a liberarse y se desplazan entre las galaxias, viajando miles de millones de años antes de chocar con otra partícula. Estos rayos cósmicos pueden ser más poderosas que nuestros aceleradores de partículas más avanzadas.

En primer lugar, los rayos cósmicos no son realmente los rayos. Son partículas callejeros en su mayoría tres formas: el 90 por ciento de protones libres, 9 por ciento de las partículas alfa (dos protones y dos neutrones unidos - el núcleo de un átomo de helio) y electrones libres 1 por ciento (partículas beta menos, en la física-hablar ).

Eventos Astrophysical - todo, desde las erupciones solares a colisiones binarias estrellas hasta supernovas - escupen regularmente partículas hacia el vacío del espacio, por lo que nuestro planeta (y, a su vez, nuestros cuerpos) están constantemente bombardeados con ellos. Las partículas pueden viajar a través de la galaxia, obligado por el campo magnético de la galaxia como un todo, hasta que chocan con otra partícula. (Partículas de energía más altos, por supuesto, pueden incluso escapar de la galaxia.)

Afortunadamente para nosotros, la atmósfera y el campo magnético de la Tierra nos protegen de los más enérgica de estas partículas por lo que no se dosifican continuamente con intensa (y letal) de radiación. Las partículas energéticas son desviados o pierden energía, a veces en colisión en la atmósfera superior a partirse en partículas más pequeñas, menos energéticos. En el momento en que llegan a nosotros, estamos impresionados con la versión menos intensa de estos rayos y sus crías.

Los rayos cósmicos tienen una larga historia como sustitutos experimentales. Cuando Paul Dirac predijo la existencia de antimateria en la década de 1930, no hay aceleradores de partículas podrían llegar a ese nivel de energía, por lo que la evidencia experimental de su existencia llegó de los rayos cósmicos.

A medida que las partículas de rayos cósmicos se mueven a través del espacio, que interactúan con la radiación de fondo cósmico de microondas (CMBR). Esta energía de microondas que impregna el universo es bastante débil, pero para las partículas de rayos cósmicos, moviéndose a casi la velocidad de la luz, la CMBR parece ser altamente energético. (Este es un efecto de la relatividad, porque la energía está relacionada con el movimiento.)

En 1966, los físicos soviéticos Georgiy Zatsepin y Vadim Kuzmin, así como el trabajo independiente de Kenneth Greisen de la Universidad de Cornell, reveló que estas colisiones tendrían suficiente energía para crear partículas llamadas mesones (llamado específicamente pi-mesones, o piones).

La energía utilizada para crear los piones tuvo que venir de alguna parte (a causa de la conservación de la energía), por lo que los rayos cósmicos perdería energía. Esto coloca un límite superior de la rapidez con que los rayos cósmicos podrían, en principio, los viajes.

De hecho, la GZK energía de corte necesario para crear los piones serían alrededor de 10¹⁹ eV (alrededor de una mil millonésima parte de la energía de Planck de 10¹⁹ GeV).

El problema es que, mientras la mayoría de partículas de rayos cósmicos están muy por debajo de este umbral, algunos eventos muy raros que han tenido Más energía que este umbral - alrededor de 10²⁰ eV. La más famosa de estas observaciones fue en 1991 en la Universidad de Utah Ojo observatorio de rayos cósmicos de mosca en Dugway del Ejército de EE.UU. Proving Ground.

Investigación desde entonces indica que el punto de corte GZK sí existe. La rara ocurrencia de partículas por encima del punto de corte es un reflejo del hecho de que, muy de vez en cuando, estas partículas llegan a la Tierra antes de que entren en contacto con suficientes fotones CMBR que aminore su velocidad hasta el punto de corte.

Aún así, la existencia ocasional de tales partículas energéticas proporciona un medio de exploración de estos rangos de energía, muy por encima de lo corriente aceleradores de partículas podrían alcanzar, por lo que la teoría de cuerdas puede tener la oportunidad de una prueba experimental que utiliza rayos cósmicos de alta energía, incluso si son increíblemente rara.