Extraña relación entre las llamaradas solares y los elementos radioactivos en la Tierra

Al encontrar los investigadores un extraño vínculo entre las erupciones solares y la vida de los elementos radiactivos en la Tierra, se desencadenó una investigación policial científica que podría terminar protegiendo las vidas de los astronautas en sus caminatas en el espacio y tal vez la reescritura de algunos de los supuestos de la física

El misterio se presentó inesperadamente: La desintegración radiactiva de algunos elementos que se guardan en los laboratorios en la Tierra parece estar influenciada por las actividades dentro del Sol, a casi 150 millones de kilómetros de distancia.

¿Es esto posible?

Los investigadores de las universidades de Stanford y Purdue creen que sí. Pero su explicación de cómo sucede abre la puerta a otro misterio.

Hay incluso una remota posibilidad de que este efecto inesperado sea causado por una partícula desconocida emitida por el Sol. «Eso sería verdaderamente notable», dijo Peter Sturrock, emérito de Stanford, profesor de Física Aplicada y experto en el funcionamiento interno del Sol.

La historia comienza, en cierto sentido, en las aulas de todo el mundo, donde se les enseña a los estudiantes que la tasa de desintegración de un determinado material radiactivo es una constante. En este concepto se basa, por ejemplo, el método que los antropólogos utilizan para definir la antigüedad de los artefactos antiguos con carbono-14 y la determinación de la dosis apropiada de radiactividad para el tratamiento de un paciente de cáncer.

Números aleatorios

Pero esta asunción 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 cadenas de números al azar para una variedad de cálculos, pero éstos son difíciles de producir, ya que el proceso utilizado para producir los números tiene influencia en el resultado.)

Efraín Fischbach, profesor de física en Purdue, estaba buscando una posible fuente de números aleatorios, generados sin ninguna intervención humana, en la tasa de desintegración radiactiva de varios isótopos. (Una masa de material radiactivo cesio-137, por ejemplo, puede desintegrarse a un ritmo constante, en general, pero los átomos individuales dentro de la masa se desintegran en un patrón impredecible, al azar. Por lo tanto, el tiempo que separa a los azarosos clics de un contador Geiger cerca del cesio se podría utilizar para generar números aleatorios).

Cuando los investigadores buscaron en los datos publicados sobre los isótopos específicos, encontraron discrepancias en las tasas de atenuación medidas, algo extraño en lo que se supone una constante física.

Comprobando los datos recogidos en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Long Island y el Instituto de Física y Técnica en Alemania, se encontraron con algo aún más sorprendente: la observación a largo plazo de la tasa de desintegración de silicio-32 y el radio-226 parecía mostrar una pequeña variación estacional. La tasa de desintegración era ligeramente más rápida en invierno que en verano.

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

«Todo el mundo pensaba que esto debía ser a causa de errores experimentales, porque a todos nos enseñan que las tasas de descomposición son constantes», dijo Sturrock.

El Sol habla

El 13 de diciembre de 2006, el propio 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 estaba midiendo la tasa de desintegración del manganeso-54, un isótopo de corta duración utilizado en el diagnóstico médico, se dio cuenta de que la tasa se redujo ligeramente durante esta erupción, un descenso que comenzó alrededor de un día y medio antes de la llamarada.

Si esta aparente relación entre las llamaradas y las tasas de desintegración resulta cierta, podría servir como método de predicción de las erupciones solares antes de que ocurran, lo que podría ayudar a prevenir daños a los satélites y redes eléctricas, y salvar la vida de los astronautas en el espacio.

Las aberración en la tasa de dseintegración que Jenkins notó se produjo durante la mitad de la noche en Indiana, lo que significa que algo producido por el Sol había recorrido todo el camino a través de la Tierra para llegar a los detectores de Jenkins. ¿Qué puede enviarnos la llamarada que podría tener ese efecto?

Jenkins y Fischbach supusieron que es probable que los culpables en este leve deterioro del ritmo de desintegración fueron los neutrinos solares, partículas casi sin peso famosas 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.

Luego, en una serie de artículos publicados en Astroparticle Physics, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research and Space Science Reviews, Jenkins, Fischbach y sus colegas demostraron que es altamente improbable que las variaciones observadas en las tasas de desintegración hayan venido de influencias ambientales en los sistemas de detección.

Razón para sospechar

Sus resultados refuerzan el argumento de que los extraños cambios en las tasas de desintegración fueron causadas por los neutrinos del Sol. Los cambios parecen estar en sintonía con la órbita elíptica de la Tierra, con las tasas de desintegración oscilando cuando la Tierra se acerca al Sol (donde sería expuesta a más neutrinos) y luego se aleja.

Así que había buenas razones para sospechar del Sol, pero ¿se puede probar?

Aquí entra 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, Sturrock recibió 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 cuando el Sol gira y muestra una cara diferente, como una versión más lenta de la luz giratoria de un coche de policía. Su consejo a Purdue fue buscar pruebas de que los cambios en la desintegración radiactiva en la Tierra varía con la rotación del Sol. «Esto es lo 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 sorpresico, dado que la mayoría de las observaciones solares presentan un patrón de cerca de 28 días, el ritmo de rotación de la superficie del Sol.

¿La explicación? Al parecer el núcleo del Sol —donde las reacciones nucleares producen los neutrinos— gira más lentamente que la superficie que observamos. «Puede parecer no intuitivo, pero parece como si el núcleo girase más lentamente que el resto del Sol,» dice Sturrock.

Fischbach. Todas las pruebas apuntan hacia la conclusión de que el Sol se «comunica» con los isótopos radiactivos en la Tierra, dijo Fischbach.

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

«No tiene sentido de acuerdo a las ideas convencionales», dice Fischbach. Jenkins agrega, «Lo que estamos sugiriendo es que algo que en realidad no interactua con cualquier cosa está cambiando algo que no se puede cambiar.»

«Es un efecto que todavía nadie entiende», coincide Sturrock. «Los teóricos están empezando a decir: ‘¿Qué está pasando?’
Pero eso es a lo que apunta la evidencia. Es un reto para los físicos y un desafío para los especialistas solares, 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 que tiene este efecto, lo que sería aún más notable,» dice Sturrock.

Chantal Jolagh, un pasante de redacción de ciencia en el Servicio de Noticias de Stanford, contribuyó a esta historia.

Fuente: Universidad de Stanford. Aportado por Eduardo J. Carletti

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