Cuando el avión de Joseph Dwyer hizo un giro equivocado hacia una nube de tormenta, el error dio sus frutos: el físico atmosférico, no solo voló a través de una temible tormenta, sino también en una bruma de antimateria, inesperada y misteriosa.

Aunque se sabe que las poderosas tormentas producen positrones —las versiones de antimateria de los electrones—, la antimateria observada por Dwyer y su equipo no puede ser explicada por ninguno de los procesos conocidos, dicen. “Esto fue tan extraño que nos quedamos en esta observación por varios años”, dice Dwyer, de la Universidad de New Hampshire en Durham.

El vuelo ocurrió hace seis años, pero recién ahora el equipo informa el resultado (JR Dwyer et al. J. Plasma Phys.; en imprenta). “La observación es un rompecabezas”, dice Michael Briggs, físico del Centro Espacial Marshall de la NASA, en Huntsville, Alabama, que no participó en el informe.

Una característica clave de la antimateria es que cuando una partícula hace contacto con su contraparte de materia ordinaria, ambas son instantáneamente transformadas en otras partículas, en un proceso conocido como la aniquilación. Esto hace que la antimateria sea sumamente rara. Sin embargo, se sabe desde hace mucho tiempo que los positrones son producidos por la desintegración de los átomos radiactivos y por fenómenos astrofísicos, como los rayos cósmicos que se sumergen en la atmósfera desde el espacio exterior. En la última década, la investigación de Dwyer y otros ha demostrado que las tormentas también producen positrones, así como fotones de alta energía, o rayos γ.

Fue para estudiar esos rayos γ atmosféricos que Dwyer —que entonces estaba en el Instituto de Tecnología de Florida, en Melbourne— instaló un detector de partículas en un Gulfstream V, un tipo de avión tradicionalmente utilizado por ejecutivos de negocios. El 21 de agosto de 2009, los pilotos se volvieron hacia lo que parecía ser la costa de Georgia, en base a su perfil en el radar. “Sin embargo, era una línea de tormentas eléctricas, y estábamos volando directamente a través de ella”, dice Dwyer. El avión se movió violentamente hacia atrás y adelante y se hundió repentinamente. “Realmente pensé que iba a morir”.

Durante esos minutos aterradores, el detector registró tres picos de rayos γ a una energía de 511 kiloelectronvolts, la firma de un positrón aniquilándose con un electrón. Cada pico de rayos γ duró alrededor de una quinta parte de un segundo, dicen Dwyer y sus colaboradores, y fue acompañado por algunos rayos γ de energía ligeramente inferior. El equipo concluyó que esos rayos γ habían perdido energía como resultado de viajar cierta distancia y calcularon que una nube de positrones de corta duración, de 1 a 2 kilometros de ancho, había rodeado el avión. Pero saber qué podría haber producido una nube como esa ha resultado difícil. “Durante cinco años hemos intentado modelar la producción de positrones”, dice Dwyer.

Los electrones descargados de nubes cargadas aceleran a cerca de la velocidad de la luz, y pueden producir rayos γ de alta energía, que a su vez pueden generar un par electrón-positrón cuando chocan contra un núcleo atómico. Pero el equipo no detectó suficientes rayos γ con energía adecuada para hacer esto.

Otra posible explicación es que los positrones se originaron de rayos cósmicos, partículas del espacio exterior que colisionan con átomos en la parte alta de la atmósfera para producir lluvias de corta duración de partículas altamente energéticas, incluyendo rayos γ.

“Siempre hay como una ligera llovizna de positrones”, dice Dwyer. En principio, podría haber algún mecanismo que llevó a los positrones hacia el avión, agrega. Pero el movimiento de los positrones habría creado otros tipos de radiación, que el equipo no detectó.

Los datos del equipo son una “firma de hierro” de positrones, dice Jasper Kirkby, físico de partículas que dirige un experimento que investiga un posible vínculo entre los rayos cósmicos y la formación de nubes, en el laboratorio de física de partículas del CERN, cerca de Ginebra, Suiza. Pero “la interpretación necesita ser establecida”. En particular, dice Kirkby, la estimación que hizo el equipo sobre el tamaño de la nube de positrones no es convincente.

Si Kirkby está en lo cierto, y la nube era más pequeña de lo que estimó el equipo de Dwyer, eso podría implicar que los positrones se estaban aniquilando solo en las inmediaciones del avión, o incluso sobre la propia nave. Las alas podría haberse cargado, produciendo campos eléctricos extremadamente intensos alrededor de ellas e iniciando la producción de positrones, dice Aleksandr Gurevich, físico atmosférico del Instituto de Física Lebedev en Moscú.

Para responder estas y otras preguntas, Dwyer necesita nuevas observaciones de las entrañas de nubes de tormenta. Con ese fin, Dwyer y otros están enviando globos directamente a las tormentas más violentas, y la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos incluso prevé llevar un detector de partículas sobre un A-10 Warthog, un avión blindado que podría soportar el ambiente extremo. “El interior de una tormenta eléctrica es un paisaje bizarro que apenas hemos empezado a explorar”, dice Dwyer.

 

 

Este artículo se reproduce con permiso y fue publicado por primera vez el 12 de mayo de 2015.