Magia hecha realidad

En la primera mitad del siglo pasado los físicos descubrieron que la Tierra sufre un bombardeo continuo de partículas de alta energía. Y que estas partículas, a las que se les ha llamado rayos cósmicos, son generadas fuera del sistema solar, en lugares que no han sido aun identificados con claridad.

Las energías características de los rayos cósmicos son muy grandes e incompatibles con la vida tal como la conocemos. De hecho, estos rayos son uno de los obstáculos más grandes para la realización de la publicitada misión tripulada a Marte, durante la cual los astronautas estarían expuestos a un continuo bombardeo de energía. Los rayos cósmicos pueden ser incluso dañinos para objetos inanimados, como es el caso de los procesadores de las computadoras que controlan las misiones espaciales.

En nuestro planeta estamos protegidos de los rayos cósmicos por el campo magnético de la Tierra, que los desvía hacia el espacio, lo mismo que por la atmósfera terrestre, que absorbe a aquellos que logran ingresar. Algunos rayos cósmicos, sin embargo, logran llegar a la superficie de nuestro planeta en forma de rayos secundarios generados cuando lo rayos primarios chocan con las moléculas de aire. A nivel del mar los rayos secundarios están formados mayormente por partículas llamadas muones, que resultan ser así parte del entorno natural en el que vivimos. Su flujo es continuo, aunque no demasiado grande, y en un metro cuadrado inciden unos 10,000 muones cada minuto.

Los muones son partículas que pueden penetrar distancias relativamente grandes en la materia y esto ha dado origen a una interesante aplicación: la obtención de imágenes –tomografías– de diversos objetos en las que se revela su estructura interna. Dicha aplicación es el tema de un artículo aparecido esta semana en la revista “Science Advances”, publicado por un grupo de investigadores de los Estados Unidos, encabezado por J.M. Durham del Los Alamos National Laboratory.

Como sabemos, por medio de rayos X podemos obtener una imagen del interior del cuerpo humano proyectada en dos dimensiones. Esto es posible debido a que las diferentes partes que componen nuestro cuerpo absorben de manera diferenciada los rayos X. De este modo, aquellas partes que absorben más los rayos X aparecen en la radiografía con una menor exposición en comparación con aquellas más transparentes. Los rayos X permiten también obtener tomografías, las cuales revelan la estructura interior de los objetos y no solamente su proyección en dos dimensiones.

Al igual que con los rayos X, con los muones es posible obtener imágenes de dos dimensiones de objetos tridimensionales, con la diferencia que los muones penetran en la materia mucho más que los primeros. Esto permite estudiar objetos de grandes dimensiones, lo mismo que objetos de gran densidad. Así, los muones han sido empleados para investigar el interior de pirámides y volcanes, por citar dos casos.

De acuerdo con Durham y colaboradores, los muones pueden ser empleados también para obtener tomografías de objetos opacos, no susceptibles de ser estudiados por medio de rayos X. En su publicación de esta semana, los investigadores demuestran que la tomografía de muones permite, por ejemplo, obtener una imagen tridimensional del interior de una válvula metálica que indica si está en posición abierta o cerrada, o bien una imagen del interior de una tubería metálica que muestra problemas de corrosión.

La tomografía de muones, de acuerdo con Durham y colaboradores, presenta ventajas sobre otras técnicas. Puede ser usada, por ejemplo, para evaluar el estado de corrosión de tuberías en centrales nucleares sin perturbar la operación de la planta, o para inspeccionar componentes embebidas en concreto. Otra ventaja es que los muones empleados para obtener imágenes son parte del entorno natural y, por lo tanto, no presentan un riesgo para la salud más allá del habitual. Esto, por supuesto, en contraste con los rayos X.

En contraposición, dada la baja densidad de muones que inciden sobre la superficie terrestre, los tiempos requeridos para obtener una tomografía se miden en horas. Así, la tomografía de muones no podría ser usada para una evaluación rápida de una instalación. Otra desventaja de esta técnica es su pobre resolución –las imágenes obtenidas son borrosas– en comparación con las técnicas de rayos X o ultrasonido.

Tenemos así que la tomografía de muones tiene ventajas con respecto a otras técnicas para la obtención de imágenes tridimensionales del interior de un objeto, ventajas que están basadas en la habilidad de los muones para penetrar y “ver” el interior de los objetos materiales y salir de los mismos antes de ser absorbidos. Tiene también desventajas, las cuales es posible se aminoren en el futuro en la medida en que se avance en el desarrollo de la tecnología.

Como quiera que sea, es interesante señalar que la tomografía de muones, como todas las tecnologías avanzadas de nuestros días, está basada en descubrimientos científicos, que en su caso se llevaron a cabo en la primera mitad del siglo XX. Sin estos descubrimientos no habría tomografía de muones, y la mera idea de que por medio de rayos invisibles pudiéramos saber qué es lo que un objeto opaco tiene en su interior, hubiera sido desechada como imposible. O propia de alguna práctica oculta.