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 son 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 que 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 solos, algunos viajando a velocidades cercanas a la de la luz. Algunos se quedan obligado dentro del campo magnético galáctico, mientras que otros se liberan y se desplazan entre las galaxias, viajando mil 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 parásitas en su mayoría tres formas: 90 por ciento de protones libres, 9 partículas por ciento 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 astrofísicos de todo, desde las erupciones solares a las colisiones de estrellas binarias a las supernovas - escupir regularmente partículas a cabo en el vacío del espacio, para que nuestro planeta (y, a su vez, nuestros cuerpos) son bombardeados constantemente 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 protege de los más activos de estas partículas por lo que no se dosifican de forma continua con intensa (y letal) de radiación. Las partículas energéticas son desviadas o pierden energía, a veces chocar en la atmósfera superior a partirse en partículas más pequeñas, menos energéticos. En el momento en que llegan a nosotros, que estamos impresionados con la versión de menor intensidad de estos rayos y sus crías.
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Los rayos cósmicos tienen una larga historia como sustitutos experimentales. Cuando Paul Dirac predijo la existencia de antimateria en la década de 1930, los aceleradores de partículas no podían llegar a ese nivel de energía, por lo que la evidencia experimental de su existencia provino de los rayos cósmicos.
Como las partículas de rayos cósmicos mueven por el espacio, que interactúan con la radiación cósmica de radiación de fondo (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, 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 podría, en principio, el viaje.
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De hecho, la energía de corte GZK necesario para crear los piones sería de alrededor de 1019 eV (aproximadamente una mil millonésima parte de la energía de Planck de 1019 GeV).
El problema es que, mientras la mayoría de las partículas de rayos cósmicos están muy por debajo de este umbral, algunos eventos muy raros que han tenido Más la energía que este umbral - alrededor de 1020 eV. El más famoso 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. prueba la tierra.
La investigación desde entonces indica que el límite de GZK existe de hecho. La ocurrencia rara de partículas por encima del punto de corte es un reflejo del hecho de que, muy ocasionalmente, 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 la exploración de estos rangos de energía, muy por encima de lo actual aceleradores de partículas podrían alcanzar, por lo que la teoría de cuerdas puede tener la oportunidad de una prueba experimental usando rayos cósmicos de alta energía, incluso si son increíblemente raro.