jueves, 26 de agosto de 2010

El extraño caso de las erupciones solares y los elementos radiactivos

Cuando los investigadores encontraron un vínculo inusual entre las erupciones solares y la vida interior de los elementos radiactivos en la Tierra, se desencadenó una investigación policial científica que podría terminar en la protección de las vidas de los astronautas caminando en el espacio y tal vez en la reescritura de algunos de los supuestos de la física.

Peter Sturrock, profesor emérito de física aplicada de Stanford. Foto: L. A. Cicero.

Es un misterio que se presentó inesperadamente: La desintegración radiactiva de algunos elementos presentes silenciosamente en los laboratorios en la Tierra parece estar influenciada por las actividades en el interior del sol, a 150 millones de kilómetros de aquí.

¿Es esto posible?

Los investigadores de Stanford y de la Universidad Purdue creen que sí. Pero su explicación de cómo sucede abre la puerta a un nuevo misterio.
Hay incluso una posibilidad de que este efecto inesperado sea causado por una partícula desconocida emitida por el sol. "Eso sería realmente notable", dijo Peter Sturrock, profesor emérito de Física Aplicada de Stanford y experto en el funcionamiento interno del sol.

La historia comienza, en cierto sentido, en las aulas de todo el mundo, donde a los estudiantes se les enseña que la tasa de desintegración de un material radiactivo específicos es una constante. Este concepto es invocado, por ejemplo, cuando los antropólogos usan carbono-14 para fechar artefactos antiguos y cuando los médicos determinar la dosis adecuada de radiactividad para el tratamiento de un paciente con cáncer.

Números aleatorios

Pero esta suposición fue impugnada de manera inesperada por un grupo de investigadores de la Universidad de Purdue que en ese momento estaban más interesados en los números al azar que en la desintegración nuclear. (Los científicos usan largas listas de números al azar para una variedad de cálculos, pero son difíciles de producir, ya que el proceso utilizado para producir los números tiene una influencia en el resultado.)

Efraín Fischbach, profesor de física en la Universidad Purdue, estaba considerando la velocidad de desintegración radiactiva de varios isótopos como una posible fuente de números aleatorios generados sin ninguna intervención humana. (Una masa de material radiactivo cesio-137, por ejemplo, puede decaer a un ritmo constante en general, pero los átomos individuales dentro de la protuberancia se desintegran en un patrón impredecible y aleatorio. Así, el ritmo de los ticks al azar de un contador Geiger colocado cerca del cesio podría utilizarse para generar números aleatorios.)

Cuando los investigadores hicieron estudios minuciosos a través de los datos publicados sobre isótopos específicos, encontraron discrepancias en las tasas de atenuación medidas - algo extraño para lo que se supone son constantes físicas.

Haciendo chequeos de los datos recogidos en el Brookhaven National Laboratory, en Long Island y en el Instituto Técnico y Físico Federal en Alemania, se encontraron con algo aún más sorprendente: la observación a largo plazo de la tasa de atenuación de silicio-32 y de radio-226 parecía mostrar una pequeña variación estacional. La velocidad de desintegración nunca fue tan ligeramente más rápida en invierno que en verano.

¿Era real esta fluctuación, o era simplemente un problema técnico en el equipo utilizado para medir el decaimiento, inducido por el cambio de estaciones, con los subsiguientes cambios en la temperatura y la humedad?

"Todo el mundo pensó que tenía que deberse a errores experimentales, porque todos estamos educados para creer que las tasas de descomposición son constantes", dijo Sturrock.

El sol habla

El 13 de diciembre 2006, el mismo sol proporcionó una pista crucial, cuando una erupción solar envió una corriente de partículas y radiación hacia la Tierra. El ingeniero nuclear Jere Jenkins de Purdue, mientras medía la tasa de decaimiento del manganeso-54, un isótopo de corta vida utilizado en el diagnóstico médico, se dio cuenta que la tasa se redujo ligeramente durante el brote, una disminución que se inició alrededor de un día y medio antes de la llamarada.

Si esta relación aparente entre las llamaradas y las tasas de atenuación resulta cierta, esto podría conducir a un método de predicción de las erupciones solares antes de su ocurrencia, lo que podría ayudar a evitar daños a los satélites y a las redes eléctricas, así como salvar la vida de los astronautas en el espacio.

La tasa de atenuación de las aberraciones que Jenkins comunicó tuvo lugar a mediados de la noche en Indiana, lo que significa que algo producido por el sol había recorrido todo el camino hasta la Tierra para llegar a los detectores de Jenkins. ¿Qué pudo la llamarada enviar que podría tener ese efecto?

Jenkins y Fischbach adivinaron que los culpables en esta pequeña travesura con la tasa eran probablemente los neutrinos solares, las partículas casi sin masa famosasa por volar casi a la velocidad de la luz a través del mundo físico -los seres humanos, las rocas, los océanos o los planetas- con casi ninguna interacción con nada.

Luego, en una serie de artículos publicados en Física de Astropartículas (Astroparticle Physics), en Métodos en Investigación Física e Instrumentos Nucleares y en Reseñas de Ciencia Espacial, Jenkins, Fischbach y sus colegas demostraron que las variaciones observadas en las tasas de descomposición era altamente improbable que hayan venido de las influencias ambientales sobre los sistemas de detección.

Motivo de sospecha

Sus resultados fortalecido el argumento de que las oscilaciones extrañas en las tasas de atenuación fueron causadas por neutrinos procedentes del sol. Los cambios parecían estar en sintonía con la órbita elíptica de la Tierra, con las tasas de atenuación oscilante cuando la Tierra se acerca al sol (donde estaría expuesta a más neutrinos) y luego se aleja.

Así que había buenas razones para sospechar del sol, ¿pero podría ser probado?

Enter Peter Sturrock, Stanford professor emeritus of applied physics and an expert on the inner workings of the sun. While on a visit to the National Solar Observatory in Arizona, Sturrock was handed copies of the scientific journal articles written by the Purdue researchers.

A Peter Sturrock, profesor emérito de Física Aplicada de Stanford y experto en el funcionamiento interno del sol, durante una visita al Observatorio Solar Nacional en Arizona, se le entregaron copias de los artículos de revistas científicas escritas por los investigadores de Purdue.

Sturrock sabía por experiencia que la intensidad de la lluvia de neutrinos que el Sol envía continuamente hacia la Tierra varía en forma regular a medida que el sol gira y muestra una cara diferente, como una versión más lenta de la luz giratoria en un vehículo policial. El informó a Purdue para que busquen evidencia de que los cambios en la desintegración radiactiva en la Tierra varía con la rotación del sol. "Eso es lo que he sugerido. Y eso es lo que hemos hecho. "

Una sorpresa

Volviendo a echar otro vistazo a los datos de desintegración del laboratorio de Brookhaven, los investigadores encontraron un patrón recurrente de 33 días. Fue un poco una sorpresa, dado que la mayoría de las observaciones solares presentan un patrón de unos 28 días la velocidad de rotación de la superficie del sol.

La explicación? El núcleo del Sol -donde las reacciones nucleares producen neutrinos- al parecer gira más lentamente que la superficie que vemos. "Puede parecer contra-intuitivo, pero parece como si el núcleo girara más lentamente que el resto del sol", dijo Sturrock.

Todas las pruebas apuntan hacia la conclusión de que el sol se está "comunicando" con los isótopos radiactivos en la Tierra, dijo Fischbach.

Pero hay una gran pregunta dejada sin respuesta. Nadie sabe cómo los neutrinos pueden interactuar con materiales radiactivos para cambiar su velocidad de desintegración.

"No tiene sentido de acuerdo a las ideas convencionales", dijo Fischbach. Jenkins caprichosamente agregó: "Lo que estamos sugiriendo es que algo que realmente no interactuar con cualquier cosa está cambiando algo que no se puede cambiar."

"Es un efecto que todavía nadie entiende", coincidió Sturrock. "Los teóricos están empezando a decir: '¿Qué está pasando?' Pero eso es a lo que la evidencia apunta. Es un reto para los físicos y un desafío para gente solar también. "

Si la partícula misteriosa no es un neutrino, "Tendría que ser algo que no conocemos, una partícula desconocida que también es emitida por el sol y tiene este efecto, y que sería aún más notable", dijo Sturrock.



Fuente:
The strange case of solar flares and radioactive elements. Por Dan Stober, con contribuciones de Chantal Jolagh, un pasante de la escritura de la ciencia en el Servicio de Noticias de Stanford.

No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada

LinkWithin

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...