Determinan que puede cuantificarse el efecto de los rayos cósmicos

l calentamiento climático observado desde principios del siglo XX se atribuye en gran medida a los gases de efecto invernadero atmosféricos generados por la actividad humana. Se estima que los cambios en la irradiación solar contribuyen relativamente poco al cambio climático. No obstante, lo cierto es que todavía no se han cuantificado los efectos de los cambios en la radiación UV (ultravioleta) ni de la radiación cósmica galáctica. Los experimentos que se llevarán a cabo en el CERN, instalación situada en la frontera entre Francia y Suiza, intentarán cuantificar las interacciones producidas entre la radiación cósmica, la radiación UV, los aerosoles y las nubes. De esta forma se espera mejorar nuestro conocimiento de la llamada contribución «solar indirecta» al cambio climático.

La formación de nubes es una de las mayores incógnitas en la ecuación del cambio climático. ¿Cómo se forman? Cuando la radiación cósmica galáctica de alta energía (generada por supernovas) alcanza la atmósfera terrestre, expulsa electrones de los gases que encuentra a su paso, dejando tras de sí una estela de moléculas con carga (iones). A partir de ese momento pueden formarse y crecer partículas de aerosol alrededor de estos iones. Las gotículas de agua se sirven de estas partículas para formar «núcleos de condensación» que acaban convirtiéndose en nubes.

La colaboración CLOUD ha diseñado una cámara de aerosoles que, cuando se expone a un haz de partículas elementales, puede simular los efectos de la radiación cósmica en los aerosoles y la formación de nubes. El primer prototipo se desarrolló en el año 2006 y la nueva y mejorada cámara se utilizará para llevar a cabo experimentos sobre nucleación inducida por iones e interacción ion-aerosol, lo que permitirá conocer mejor los mecanismos de formación de las nubes.

La cámara de nubes es una construcción de acero inoxidable de 3 por 3,7 metros de tamaño que contiene todos los componentes que se cree que conforman las nubes (aire, vapor de agua, trazas de gases), los cuales se analizan de forma continua con numerosos instrumentos. Uno de los analizadores es un espectrómetro de masas de ionización química que puede medir concentraciones de ácido sulfúrico menores de 0,1 partes por billón. CLOUD es uno de los tres grupos que existen en el mundo que utiliza semejante instrumental. La radiación cósmica galáctica se simula mediante un Sincrotón de Protones acelerador.

El prototipo actual (denominado Mk2) se utilizará para llevar a cabo una amplia gama de experimentos físicos durante los próximos años, después de lo cual se reemplazará por la instalación CLOUD definitiva, que incorpora mejoras en el rendimiento y una cámara a presión de aerosol de nuevo diseño.

El proyecto CLOUD-ITN financia a ocho estudiantes de doctorado para que lleven a cabo su trabajo y escriban sus tesis sobre esta investigación. Se ha creado un extenso programa de formación de pre y postdoctorado que incluye escuelas de verano anuales y seminarios sobre temas como física y química de aerosoles, nucleación de aerosoles inducida por bombardeo iónico y la influencia que ha tenido la radiación cósmica galáctica en el pasado. La primera escuela de verano tuvo lugar en agosto en la «Estación de silvicultura de Hyytiälä» (Hyytiälä Forestry Field Station, Finlandia).

Los institutos asociados, que reciben apoyo de las agencias de financiación nacionales, aportan todo el instrumental de análisis. Entre los participantes del proyecto están el CERN, el Instituto Paul Scherrer (Suiza), las Universidades de Helsinki (Finlandia), Leeds (Reino Unido), Reading (Reino Unido) y Viena (Austria), el Instituto de Investigación Troposférica de Leipzig (Alemania) el Ionicon Analytik de Innsbruck (Austria). La Universidad de Lisboa (Portugal) y el Instituto de Investigación Nuclear y Energía Nuclear de Sofía (Bulgaria) se han añadido a la lista recientemente. También se ha concedido una beca de investigación al Instituto de Física Lebedev (Rusia) para que colabore en las labores de apoyo a CLOUD mediante la «Fundación Rusa para la Investigación Fundamental» (RFBR) en virtud del acuerdo de cooperación científica CERN-RFBR.

El PSI, el CERN y la Universidad de Lisboa aportan los recursos humanos necesarios para el diseño de la instalación CLOUD Mk2. Los costes de construcción de la instalación CLOUD Mk2 serán sufragados mediante un fondo común de los institutos asociados y con contribuciones en especie.