UHCRE: la vostra tesi

La meva tesi doctoral també és vostra perquè es va finançar amb diners públics. De manera directa a través de dues beques, una de l’aleshores Ministeri d’Educació i Ciència i una altra del Dublin Institute for Advanced Studies, i de manera indirecta a través dels recursos que vaig fer servir de vàries institucions públiques de recerca. Us en faig cinc cèntims.

La recerca

Vaig analitzar les dades que havien recollit uns detectors que la NASA havia posat en òrbita amb un dels seus satèl·lits (el teniu a la fotografia d’aquí sota). L’objectiu era estudiar les abundàncies relatives dels rajos còsmics de Z ≥ 74.

Què són els rajos còsmics?

Les estrelles són unes gegantines bombes de fusió nuclear, amb les que generen la llum i la calor que desprenen. Així que, com totes les bombes, les estrelles també expulsen “metralla” amb les seves explosions. La metralla d’una granada o d’un obús són fragments de la seva carcassa metàl·lica, que l’explosió fa miques: l’explosió rebenta la carcassa i expulsa aquests fragments a gran velocitat. És fàcil d’imaginar que com més potent és una bomba en més trossos és capaç de trencar la seva carcassa –i, per tant, en trossos més petits. La metralla de les estrelles són fragments de la matèria que hi ha a la seva superfície, i com que les estrelles són bombes molt potents la seva metralla és molt petita. Tan petita com un àtom. Els rajos còsmics, doncs, són àtoms que les estrelles expulsen amb les seves explosions.

Abundàncies relatives

Imaginem-nos que tenim un aparell que detecta els rajos còsmics i és capaç d’identificar quin àtom és: aquest ferro, aquell altre hidrogen, el de més enllà níquel… De mica en mica anirem detectant tots els elements de la taula periòdica.

Ara bé, no tots els elements són iguals d’abundants entre els rajos còsmics, perquè encara que a les estrelles hi ha “de tot” n’hi ha uns que són més abundants que d’altres. Així, per exemple, per cada àtom dels que volia estudiar a la meva tesi (Z ≥ 74) n’hi ha més de mil milions d’hidrogen, que és, de bon tros, l’element més abundant de l’univers. Simplificant-ho molt podem dir que com més gran és el nombre atòmic d’un element –més protons té al seu nucli- menys abundant és, i que per això és difícil obtenir dades dels últims elements (els de major nombre atòmic) de la taula periòdica.

Com de difícil? Quan vaig començar la meva tesi només dos experiments havien detectat rajos còsmics de Z ≥ 74, i entre tots dos n’havien detectat uns cent. Amb aquesta xifra s’entén que els resultats eren estadísticament poc significatius.

Detectors sòlids

Com són aquests detectors que identifiquen rajos còsmics? Són com un llibre, però en lloc de tenir fulls de paper els té de plàstic. Els rajos còsmics que els travessen hi fan el que fa qualsevol projectil quan travessa un objecte: hi deixa una ferida. Si a una persona li disparen una bala, que fa uns pocs centímetres, li farà una ferida d’uns quants centímetres; així que és fàcil d’entendre que la mida de la ferida que deixa un raig còsmic –que és un àtom- és… més o menys de la mida d’un àtom.

Els plàstics estan fets de molècules molt llargues, i la mena de ferides que hi deixa un raig còsmic quan el travessa és anar trencant les molècules per allà on passa. I de la mateixa manera que com més gran sigui el calibre d’una bala més mal pot fer a la persona, com major sigui el nombre atòmic del raig còsmic més mal fa al plàstic que travessa. Així que estudiant les ferides que hi ha als “fulls de plàstic” dels detector es pot identificar quin àtom les ha causat, de la mateixa manera que dels orificis de bala d’un cadàver un forense en pot deduir el calibre amb què li van disparar.

Objectiu de la recerca

Com he comentat abans, quan vaig començar la tesi només dos experiments havien estudiat les abundàncies relatives dels rajos còsmics de Z ≥ 74, cada un d’ells analitzant una mostra d’unes desenes de rajos còsmics. La mostra que vaig analitzar era de 282 rajos còsmics, i això em va permetre obtenir uns resultats amb un marge d’error estadístic molt menor.

Tant per la mida de les mostres com per la resolució dels detectors, els tres experiments ens vam fixar l’objectiu d’analitzar les mostres agrupant els rajos còsmics en tres grups: el del platí (75 ≤ Z ≤ 79), el del plom (80 ≤ Z ≤ 83), i el dels actínids (Z ≥ 88). Per què? Doncs perquè en cada un d’aquests grups els àtoms s’han format en un procés molt específic de la vida de les estrelles: els del grup del plom en processos de captura neutrònica lenta; i els del grup del platí i els actínids en processos de captura neutrònica ràpida, que només es produeix a les supernoves.

L’objectiu de la recerca era determinar l’abundància relativa d’aquests tres grups en els rajos còsmics i comparar-la amb la que hi ha al sistema solar, per saber si –com suggerien els dos experiments anteriors- en els rajos còsmics els elements del captura neutrònica ràpida (grups del platí i actínids) són més abundants que en el sistema solar.

Resultats

Gràcies a disposar d’una mostra molt més gran, l’experiment que vaig analitzar (UHCRE) va estimar les abundàncies relatives dels tres grups (patí, plom, i actínids) amb un marge d’error entre 3 i 18 vegades inferior al dels dos experiments anteriors (HEAO-3 i Ariel-6).

Les abundàncies relatives d’aquests tres grups d’elements en els rajos còsmics són diferents –i estadísticament incompatibles- amb les del sistema solar, i compatibles –però amb uns errors estadístics molt menors- amb les dels dos experiments anteriors.

La composició dels rajos còsmics està enriquida amb elements sintetitzats en processos de captura neutrònica ràpida (el grup del platí i els actínids).

A continuació teniu dues gràfiques amb els resultats, on s’aprecia que el marge d’error (la longitud de les barres verticals) dels resultats de l’UHCRE és força menor al dels experiments anteriors.

I acabo amb una fotografia amb el director de la meva tesi, Eric Finch, el dia de l’entrega dels diplomes, el 7 de juliol del 1995.

PS El president del tribunal va ser Peter Fowler, FRS, nét d’Ernest Rutherford.

Afegeix un comentari

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *