Un nuevo estudio valida el uso de muones positivos y negativos, partículas espaciales centradas en estudiar el cosmos, como sonda natural de la electricidad atmosférica. El campo magnético terrestre altera la proporción de muones según la dirección, un hallazgo que resuelve el enigma de por qué se detectaban más tormentas al este del campo de visión del telescopio empleado.
Medir el potencial eléctrico dentro de las nubes de tormenta ha sido desde hace años el sueño imposible de muchos científicos. La razón es que realizar mediciones directas mediante aviones o globos sonda entraña una enorme dificultad técnica y solo permite obtener muestras puntuales de un fenómeno tan masivo y dinámico. Sin embargo, un equipo internacional de científicos ha demostrado que la respuesta a este enigma no hay que buscarla en la Tierra, sino en las partículas de alta energía que caen de forma constante desde el espacio exterior.
El estudio, publicado este viernes en la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP), explica cómo el telescopio de muones GRAPES-3, situado en Ooty (India), utiliza los rayos cósmicos para auditar la electricidad de las tormentas. El trabajo no solo consolida el uso de estas partículas subatómicas como sondas naturales, sino que resuelve una persistente anomalía que desconcertaba a los físicos desde hacía una década.
Entre abril de 2011 y diciembre de 2020, el experimento GRAPES-3 registró un total de 487 eventos tormentosos. Para sorpresa de los investigadores, el 81,5 % de las detecciones se concentraban en el sector este del campo de visión del instrumento, mientras que apenas el 13,7 % procedía del oeste. Una misteriosa asimetría de casi seis a uno que no se correspondía con la meteorología local observada en la superficie.
Los rayos cósmicos primarios —compuestos en su mayoría por protones con carga positiva— chocan con los núcleos atómicos de la atmósfera terrestre y desencadenan cascadas de partículas secundarias. Entre ellas destacan los muones, partículas cargadas muy penetrantes que viajan a velocidades cercanas a la de la luz y que constituyen la fracción principal que alcanza los detectores en superficie.
Al cruzar una nube de tormenta, donde existen intensos campos eléctricos, la trayectoria y velocidad de estas partículas se ven alteradas de forma opuesta: el campo frena a los muones positivos y acelera a los negativos. Como la atmósfera alberga de forma natural un exceso de muones positivos frente a los negativos, el paso por la tormenta genera una pequeña variación en el flujo registrado en el suelo, lo que permite deducir el voltaje interno de la nube.
“Si la naturaleza nos proporcionara un número igual de muones positivos y negativos en todo el campo de visión, no seríamos capaces de observar el fenómeno de las tormentas con la configuración actual”, explica Hari Haran Balakrishnan, investigador del Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) de Bombay y primer autor del trabajo.
Si la naturaleza nos proporcionara un número igual de muones positivos y negativos en todo el campo de visión, no observaríamos tormentas con la configuración actual
La clave de la disparidad geográfica reside en el campo magnético de la Tierra. El denominado efecto este-oeste, conocido desde hace casi un siglo, actúa como un filtro magnético que frena las partículas positivas de menor energía que entran desde el este con más fuerza que las que llegan desde el oeste.
A través de simulación computacional, los autores comprobaron que la proporción de cargas varía según la orientación: el cociente entre muones positivos y negativos alcanza un valor de 1,37 en el este, frente a solo 1,14 en el oeste. Esta mayor desproporción en el sector oriental incrementa la sensibilidad del telescopio, haciendo que las tormentas en esa dirección sean mucho más fáciles de detectar.
“No es que el voltaje de las tormentas sea distinto en el este”, subraya Sunil Gupta, coautor del estudio e investigador del TIFR. “Los muones son en realidad un regalo ideal para realizar este tipo de observaciones; son como una corriente eléctrica que fluye de forma continua a través de la atmósfera”.
Comprender el sesgo magnético resulta clave para calibrar el telescopio GRAPES-3 como una herramienta métrica precisa. En investigaciones previas, el equipo ya había logrado medir potenciales eléctricos de hasta 1,3 gigavoltios (1 300 millones de voltios) en el interior de una tormenta.
Los muones son en realidad un regalo ideal para realizar este tipo de observaciones; son como una corriente eléctrica que fluye de forma continua a través de la atmósfera
La posibilidad de que las nubes alcanzaran semejantes escalas de voltaje ya fue formulada en la década de 1920 por el físico Charles Thomson Rees Wilson, galardonado con el Premio Nobel de Física en 1927. Sin embargo, las mediciones directas tradicionales llevadas a cabo con instrumentos a bordo de aeronaves nunca habían superado los 130 megavoltios, un orden de magnitud inferior a las predicciones teóricas.
El hallazgo confirma que los detectores, diseñados originalmente para descifrar la física teórica de las partículas espaciales, pueden transformar nuestra comprensión de la meteorología terrestre, ofreciendo un método fiable y no invasivo para observar el corazón de las tormentas desde la superficie.
Referencia:
Hari Haran Balakrishnan et al., “The muon charge asymmetry and the directional distribution of thunderstorm events observed by the GRAPES-3 muon telescope”. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2026.
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