Un equipo de internacional de investigadores ha descubierto que es posible usar un detector de muones para medir el potencial eléctrico de las tormentas eléctricas.
Los muones son un tipo de partículas diminutas que se producen cuando los rayos cósmicas chocan contra la atmósfera y se descomponen en millones de fragmentos de escombros.
Potencial eléctrico
Los científicos han construido detectores de muones para estudiarlos. Una de esas instalaciones es la GRAPES-3, ubicada en la India, la cual cuenta con 400 detectores de muones en un área de aproximadamente 25.000 metros cuadrados, y en conjunto, detectan millones de muones cada minuto.
Los investigadores notaron que los niveles de detección de muones disminuyeron durante las tormentas eléctricas, y utilizaron esa información para calcular su potencial eléctrico.
Los relámpagos que atraviesan el cielo son una amplia evidencia de que las tormentas producen electricidad. Durante las últimas décadas, los científicos han enviado globos y aviones a las tormentas para aprender más sobre ellos, pero estos instrumentos solo pueden sondear la pequeña región de la tormenta a través de la cual vuelan y no pueden medir el potencial eléctrico en toda la nube.
En las tormentas eléctricas, el potencial eléctrico surge a medida que las gotas de agua cargadas positivamente se elevan, las gotas cargadas negativamente se desplazan hacia la parte inferior de la nube y el aire entre ellas se vuelve conductivo.
Debido a su actividad eléctrica, las tormentas pueden tener un impacto en los muones, obligándolos a perder energía, lo que evita su detección.
Como parte de su investigación, el equipo construyó un simulador para calcular el potencial eléctrico total de una tormenta basándose en la caída de muones detectada.
Estudiando tormentas
Para comprobar el método ideado, el equipo recopiló datos de 184 tormentas eléctricas que ocurrieron entre los años 2011 y 2014, y luego se enfocaron en siete tormentas que parecían tener la mayor intensidad.
Sin embargo, seis de esas tormentas no pudieron estudiarse debido a que tenían un perfil temporal complejo, por lo que se enfocaron en investigar una tormenta, que ocurrió el 1 de diciembre de 2014, durante la cual los científicos notaron que había una disminución del dos por ciento en muones.
A partir de las mediciones de flujo, los investigadores descubrieron que esta disminución en la detección de muones en la atmósfera sería equivalente a 1.300 millones de voltios de electricidad, una cifra que es diez veces más alta que los valores obtenidos usando sondas meteorológicas.
Los investigadores explican que esto no significa que un solo rayo contenga esta cantidad de electricidad; el valor se refiere al potencial eléctrico de la tormenta.
Esta técnica basada en muones proporciona una forma única, aunque indirecta, de probar los campos eléctricos en los aceleradores de partículas naturales más grandes de la Tierra: los rayos y las tormentas eléctricas.
Referencia: Measurement of the Electrical Properties of a Thundercloud Through Muon Imaging by the GRAPES-3 Experiment. Physical Review Letters, 2019. http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.122.105101