Raios Cósmicos

 

 

 

       O que são raios cósmicos?

Os raios cósmicos são partículas sub-atômicas, com velocidades próximas à da luz (300.000 km/s), que preenchem todo o espaço cósmico e eventualmente atingem a Terra.

 

Como são produzidos os raios cósmicos?

Os mecanismos de produção dos raios cósmicos ainda não estão bem estabelecidos. Muito provavelmente são produtos de colisões entre a matéria interestelar, de remanescentes de explosões de supernovas, da formação de pulsares e de núcleos ativos de galáxias. Os raios cósmicos assim produzidos viajam milhões de anos no espaço, sendo difundidos por campos eletromagnéticos não-uniformes. O Sol também emite raios cósmicos de baixa velocidade mais ou menos continuamente, ou em eventos explosivos, quando adquirem grandes velocidades.

 

Raios cósmicos primários e secundários

Raios cósmicos primários são aqueles que atingem a Terra provenientes do espaço. A radiação cósmica primária atinge a alta atmosfera e interage com seus átomos. Na colisão, além do núcleo atingido geralmente desintegrar-se em seus nucleons constituintes (prótons e nêutrons), é produzida uma multidão de partículas secundárias — píons, káons, híperons, anti-prótons, elétrons etc.. A partícula primária, que retém a maior parte de sua energia após a colisão, bem como as partículas produzidas, interagem com novos núcleos, formando uma cascata de partículas radioativas, que decaem de diversas maneiras formando raios gama, elétrons, múons e neutrinos. Os raios cósmicos secundários são estas partículas produzidas na atmosfera.

 

Quantos chegam aqui?

Os raios cósmicos atingem a Terra isotropicamente, ou seja, em quantidades iguais em todas as direções. A intensidade da radiação cósmica primária que atinge a alta atmosfera é da ordem de 1.000 partículas por metro quadrado por segundo. Devido à influência do campo magnético da Terra, esta quantidade pode ser muitas vezes maior ou menor, dependendo da latitude do local. Esta radiação gera então uma cascata de partículas, chamada radiação cósmica secundária, que atingem o solo. O fluxo total de raios cósmicos secundários na superfície da Terra, ao nível do mar, é de aproximadamente 500 partículas por metro quadrado por segundo, para latitudes médias no Hemisfério Norte. Este número também varia muito em função da latitude e do campo magnético local.

 

Chuveiros extensos

Se a energia da partícula primária é muito alta (maior que 10¹⁴ eV), a cascata nuclear é acompanhada por avalanches de cascatas de elétrons e fótons, formando os chuveiros extensos aéreos. Tais chuveiros contêm até dez gerações sucessivas de partículas, totalizando muitos milhões delas, que podem ser encontradas a centenas de metros do eixo central do chuveiro. O estudo detalhado dos chuveiros extensos permite determinar a energia das partículas primárias que o geraram, o fator de multiplicidade média de geração de partículas, o momento transversal das partículas geradas, entre outras grandezas de interesse para a Física das Partículas Elementares.

 

Qual a composição dos raios cósmicos?

Os raios cósmicos galáticos são compostos aproximadamente de:

o                                            90% de prótons (núcleo do átomo de hidrogênio)

o                                            7% de partículas alfa (núcleo do átomo de Hélio)

o                                            1% de núcleos de Carbono, Nitrogênio e Oxigênio (no. atômico entre 6-8)

o                                            1% de elétrons e pósitrons (antipartícula do elétron)

o                                            0,01% de raios gama (fótons de alta energia)

o                                            0,0001% de núcleos de elementos pesados

A composição dos raios cósmicos primários reflete, ainda que aproximadamente, a composição do Universo. A composição dos raios cósmicos solares é diferente e relacionada à abundância relativa dos elementos no Sol.

 

 

Quem descobriu os raios cósmicos?

Victor Hess (1883-1964), físico Austríaco, naturalizado americano. Hess trabalhou no Instituto para a Pesquisa Radioativa da Academia de Ciências de Viena, Áustria, onde, a partir de investigações sobre a condutividade elétrica na atmosfera, descobriu os raios cósmicos, em 1912. Pela sua descoberta, Hess recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1936.

 

Como foram descobertos os raios cósmicos?

No início do século, alguns experimentos mostravam que alguma forma de radiação ionizante (radiação que, ao colidir com átomos de um gás, remove alguns de seus elétrons) persistia mesmo depois de excluídas as radiações conhecidas. Victor Hess colocou câmaras de ionização (um instrumento de medida de radiação) em balões capazes de atingir grandes altitudes e verificou que a ionização do gás nas câmaras era muito maior a 5.000 m do que ao nível do mar, indicando que a radiação ionizante vinha do espaço.

 

Por que estudar os raios cósmicos?

Nos estágios iniciais da evolução da Física das Partículas Elementares, quando aceleradores ainda não existiam, todas as informações sobre as partículas eram obtidas através da radiação cósmica. Apesar dos aceleradores hoje terem um papel predominante na investigação das propriedades das partículas elementares, os raios cósmicos continuam sendo a única fonte de partículas de altíssima energia (10²⁰ eV).

O estudo dos raios cósmicos gerou uma grande quantidade de informações sobre a interação nuclear das partículas de alta energia. Além disso, a investigação dos raios cósmicos é importante para o estudo de problemas cosmológicos e astrofísicos, tais como as propriedades das fontes dos raios cósmicos e do meio em que se propagam.