Apuntes sobre los primeros estudios de rayos cósmicos realizados en Argentina

Santiago Paolantonio

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En el año 2006, durante el estudio del material fotográfico existente en el Observatorio Astronómico de Córdoba, el autor identificó una serie de placas fotográficas y anotaciones relacionadas con investigaciones sobre rayos cósmicos realizadas en la institución en torno al año 1945.

En ocasión del Workshop sobre Historia de la Astronomía Argentina organizado por la Asociación Argentina de Astronomía en 2008, el Dr. Adrián C. Rovero pudo relacionar los elementos hallados con los primeros trabajos realizados en Argentina en el campo de la astronomía de alta energía. Estas conclusiones fueron incluidas en el artículo publicado al año siguiente en las actas del evento bajo el título “Historia de la Astronomía de altas energías en la Argentina” (Rovero, 2009)^[1].

Con posterioridad, pudo ubicarse otra caja que contenía nuevos negativos, positivos y anotaciones, datadas en 1948.

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A mitad de la década de 1940, el entonces director del Observatorio Nacional Argentino Dr. Enrique Gaviola, organizó durante los meses de verano encuentros periódicos de los investigadores de la institución en el hotel de montaña El Cóndor, inaugurado pocos años antes en Pampa de Achala (López Dávalos y Badino, 1995 y Bernaola, 2001). El hotel se situaba a unos 100 km de la ciudad de Córdoba a la vera del viejo camino que la unía al valle de “traslasierra”. Emplazado en un paraje árido y desolado, a 2.100 m.s.n.m., se llegaba trabajosamente desde la zona de Copina transitando espléndidos puentes colgantes.

 Hotel El Cóndor en 1940. Inaugurado en 1937 por Juan Pablo Reymond, un argentino educado en Suiza.  Durante la segunda mitad de la década de 1940,  se realizaban por las noches discusiones de física, lideradas por el Dr. Enrique Gaviola y el Dr. Guido Beck. Beck, frecuentemente llamaba al hotel “Instituto de Física Teórica Pampa de Achala”. El costo diario era de 6 pesos, un valor muy bajo teniendo en cuenta que, por ejemplo, Beck ganaba alrededor de 450 pesos. En el techo del hotel se ubicaban las placas destinadas a la detección de rayos cósmicos, exponiéndolas hasta un mes y medio. (Mercado Libre, bimg2.mlstatic.com/cordoba-hotel-el-condor-altas-cumbres-foto-antigua_MLA-F-127426781_7006.jpg)

Hotel El Cóndor hoy. Fachada sur.  A fines de la década de 1940 se edificó una segunda planta. El alojamiento fue abandonado aproximadamente en 1970, y actualmente permanece desocupado (Foto S. Paolantonio, 2010).

Detalle de “El Cóndor” (Foto S. Paolantonio, 2010)

Hotel El Cóndor hoy. Vista desde el parador ubicado al norte sobre la actual ruta “de las altas cumbres” (Foto S. Paolantonio, 2009).

 

El antiguo camino por el que se debía transitar para llegar al Hotel El Cóndor, pasaba por hermosos puentes colgantes aún existentes (Foto S. Paolantonio, 2008).

En estas reuniones se discutían diversos temas de física teórica, y a las mismas concurría además de Gaviola, el físico austríaco Guido Beck, quien en 1943, luego de su llegada a la Argentina, fue contratado en el observatorio^[2]. También se hacían presentes: Mario Bunge, José Balseiro, Damián Canals-Frau, Cecilia Mossin Kotin, Alberto Maiztegui y Ernesto Sábato, entre otros, además de algunos físicos brasileros (Bernaola, 2001; 324).

De izquierda a derecha: Enrique Gaviola, Guido Beck y Damián Canals-Frau al que Beck llamaba “el pibe” (a José Balseiro le apodaba “el niño”). Detalles de la fotografía tomada en 1946 en Córdoba en oportunidad de la reunión de la AFA. (Archivo histórico OAC).

El material encontrado demuestra que en las largas temporadas que pasaba en el hotel^[3], el Dr. Beck trabajó en el estudio de la radiación cósmica^[4], utilizando para su detección placas fotográficas.

Una carta de Damián Canals-Frau dirigida a Beck del 11 de junio de 1947^[5], permite confirmar lo indicado en Rovero 2009 que Canals-Frau participaba de estas investigaciones, y que para ese año ya se llevaban adelante las exposiciones de placas, lo que coincide con las fechas registradas en las anotaciones mencionadas.

El interés de los trabajos sobre radiación cósmica en el ámbito internacional se encontraba en su uso como fuente natural de partículas de muy alta energía, a las que los aceleradores de entonces no llegaban. No solo importaban los estudios de índole nuclear – recordar que estos hechos fueron casi contemporáneos a las bombas de Hiroshima y Nagasaki –, sino también astrofísicos, teniendo en cuenta que no se conocía el origen de estas partículas extraterrestres. Se había determinado que el flujo de partículas variaba con la altura y con la latitud magnética, y en las de menor energía con la actividad solar, dependencias que eran motivo de algunas de las investigaciones llevadas adelante en aquel momento (Roederer 2002).

Investigaciones realizadas en Córdoba

La detección fotográfica de radiación cósmica era relativamente simple, en particular si se la compara con otras prácticas existentes en la época. Si bien aún no se conoce en detalle cuál fue la técnica empleada, usualmente se apilaban varias placas y se exponían en forma tangencial al flujo de rayos cósmicos, protegidas de la luz ambiente. Cuando una partícula cargada incidía durante la exposición, luego de revelarse las placas, podía apreciarse al microscopio la traza de granos de plata dejada a lo largo de su trayectoria, además de las “estrellas” o centros de las reacciones nucleares producidas (Canals-Frau, 1949; 179-180 y Rovero, 2009; 359-360).

Las placas fotográficas eran ubicadas en el techo del hotel El Cóndor, bajo una lámina de cobre de 0,1 mm de espesor, o bajo 4 metros de agua – se presume en un tanque cisterna existente –. Se las exponía por largos períodos, de entre 23 y 42 días.

También se realizaron exposiciones en el techo de la sede del observatorio en la ciudad de Córdoba – situada a 430 metros s.n.m.– y de acuerdo a lo indicado en la carta referida, algunas se ubicaron en la Estación Astrofísica de Bosque Alegre – 1.250 m s.n.m. – (aún no se encontraron las placas correspondientes). Seguramente el objetivo perseguido con este proceder fue verificar la dependencia del número de “eventos” con la altura.

Lugares donde se realizaron las exposiciones para la detección de rayos cósmicos entre 1945 y 1948.  (1) Hotel El Cóndor (Pampa de Achala); (2) Estación Astrofísica de Bosque Alegre; (3) Observatorio Astronómico (ciudad de Córdoba) (Mapa Base Google earth).

Las placas empleadas eran las Eastman Kodak NTA, utilizadas específicamente para este tipo de estudios, que se diferenciaban de las “astronómicas” por tener una emulsiones más gruesa^[6], una mayor proporción de halógeno de plata y grano ultrafino (Canals-Frau, 1949; 188). Comenzaron a fabricarse contemporáneamente a lo realizado en Córdoba. Se cortaban en tamaños diversos, la mayoría de unos 3 por 4,5 centímetros y antes de realizar las exposiciones eran hipersensibilizadas. Luego de expuestas se revelaban durante 30 minutos a una temperatura de 20,5 °C.

Placas N° 40 y N° 43, de 3 x 4,5 cm, pegadas sobre vidrio e identificadas. Se indica 43,1 y 43,2, notación que se estima refiere a distintas placas de un mismo “paquete” expuesto. (Archivo de placas OAC, Biblioteca. Digitalización e interpretación S. Paolantonio)

Cada exposición fue registra en un papel. Puede apreciarse que se señala la posición en que fueron expuestas, señalando el cenit (z) – ver dibujo siguiente –. (Archivo de placas OAC, Biblioteca. Digitalización e interpretación S. Paolantonio)

 Posición del «paquete» de placas (z cenit) (S. Paolantonio)

Última caja hallada en el depósito de placas del Observatorio Astronómico de la UNC. En la tapa se indica: “estrella formada por 4 protones” y “Prof. Guido Beck”. Por la fecha el material posiblemente estaba destinado a su publicación. (Biblioteca OAC. Digitalización e interpretación S. Paolantonio)

Aquellas placas que presentaban alguna traza o “estrella”, eran pegadas sobre un vidrio e identificadas convenientemente por su número.

Si bien no se ha podido precisar la cantidad exacta, se estima que la cantidad de exposiciones pudo haber llegado al centenar.

El pequeño tamaño de las trazas y las “estrellas” requería que la inspección de las placas expuestas se realizara utilizando un microscopio con gran aumento. Por ejemplo, las “estrellas” incluidas en el material encontrado – ver figura en esta página – y la publicada en Canals-Frau 1949, fueron aumentadas empleando un objetivo Zeiss 90 x de inmersión en aceite. Debido a la poca profundidad de campo de este tipo de objetivo, se requería realizar diversas ampliaciones a distintas “profundidades” de la emulsión – dado que la trayectoria usualmente era oblicua –, para luego componer un mosaico que mostrara toda la “estrella” o trayectoria como si se la hubiera proyectado sobre el plano de la placa.

Al momento no se han encontrado publicaciones realizadas específicamente con este material, la única referencia identificada es la señalada por Rovero 2009, realizada por  Canals-Frau en 1949 en la revista Ciencia e Investigación patrocinada por la Asociación Argentina para el progreso de las Ciencias, en la que aparece la imagen de una “estrella” detectada en el Hotel El Cóndor (Canals-Frau, 1949; 180).

 “Estrella” mosaico de microfotografías de una “estrella”, placa Kodak NTA, expuesta en el Hotel El Cóndor durante 23 días, publicada en la figura 1 de Canals-Frau 1949.

Dos “estrellas” ampliadas, obtenidas aproximadamente en 1947. (Archivo de placas OAC, Biblioteca. Digitalización e interpretación S. Paolantonio)

Estos trabajos se llevaron adelante al menos entre 1945 y 1948, pero es probable que el período pueda extenderse de 1944 a 1950, teniendo en cuenta que Beck permaneció en Córdoba desde fines de 1943 y hasta 1951.

Las exposiciones se realizaron muy pocos años después que se publicaran los primeros resultados obtenidos con esta técnica – 1935 –^[7], lo que resulta en un hecho destacable. A su vez, se anticiparon a los estudios que llevaron adelante a partir de 1949 alumnos de Estrella Mazzolli de Mathov, Jefa de Trabajos prácticos de la cátedra de Física Elemental de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires, quienes realizaron detecciones con placas nucleares en el cerro «Banderita Norte», región del Puente del Inca en la provincia de Mendoza (Roederer, 2002; 1-3). Mazzolli había realizado previamente trabajos con contadores Geiger Müller para su tesis doctoral (Roederer, 2002; 1 y López Dávalos y Badino, 1995; 70).

Comentarios:

El presente texto fue realizado con la esperanza de que aquellos que conocen el tema y cuenten con mayor información, tengan la bondad de contribuir al mismo para completarlo, ayudando de este modo a dar luz a este temprano capítulo de la astronomía (física) de las altas energías. Se otorgarán los créditos correspondientes.

El Hotel “El Cóndor”, o si se quiere el “Instituto de Física Teórica Pampa de Achala”, es sin dudas un sitio histórico relacionado a la astronomía y física argentina, por lo que resulta apremiante su recuperación y preservación.

Agradecimiento: El autor agradece tanto a las autoridades de la Biblioteca como del Museo del Observatorio Astronómico de Córdoba, por facilitar el acceso al material que tan diligentemente resguardan.  

Notas:

[1] → Posteriormente fue incluido en: Bonifazi, C. (2010). Cosmic Ray Physics in Argentina. Instituto de Física – Universidade Federal do Rio de Janeiro. Proceedings of Science. 4th School on Cosmic Rays and Astrophysics, August 25- September 04, 2010. Sao Paulo Brazil. Disponible en http://pos.sissa.it/archive/conferences/118/039/CRA%20School_039.pdf.

[2] → Guido Beck nació el 29/8/1903 en Liberec, perteneciente al Imperio Astro-húngaro, actualmente República Checa. Este destacado físico padeció un largo período de dificultades debido a las inestabilidades políticas que en la época se dieron en Europa, principalmente por el nazismo, que lo llevó primero a refugiarse en Portugal y posteriormente viajar a la Argentina. Para detalles de la vida y obra de este físico puede leerse Videira et al 2000 y Bernaola 2001. En la red puede consultarse http://divulgacion.famaf.unc.edu.ar/?q=ameghino/beck-guido. El historiador  Antonio Augusto Passos Videira a realizado numerosos artículos sobre los trabajos de Beck y su estadías en Argentina y Brasil.

[3] → En una de las entrevistas disponible en Videira et al 2000, Beck señala que pasaba en el hotel largas temporadas.

[4] → Los “rayos cósmicos” son partículas procedentes del espacio, que desde todas direcciones bombardean constantemente la Tierra. La mayoría son protones o núcleos atómicos, que cuentan con gran energía, en algunos casos con valores que superan a la de toda otra partícula observada en la naturaleza. Cuando interaccionan con los átomos de la alta atmósfera, se producen diversas reacciones nucleares que derivan en una cascada de diversas clases de partículas y radiación, que pueden ser detectadas a nivel de la superficie.

[5] → Disponible en Videira et al 2000.

[6] → Los espesores de las emulsiones de las placas “nucleares” eran de 25 a 200 micrómetros (Stieff y Stern, 1951; 185), contra los 1 a 5 micrómetros de las usualmente empleadas en astronomía (Miczaika, C. R. y Sinton W. M. (1967). Las herramientas del astrónomo, p. 25. Buenos Aires: Eudeba).

[7] → Sobre la historia de la investigación de los rayos cósmicos puede consultarse a Rovero 2009 y la página web del Observatorio Pierre Auger Sur, http://visitantes.auger.org.ar/index.php/historia/historia-de-los-rayos-cosmicos.html.

Referencias:

• Bernaola, O. (2001). Enrique Gaviola y el Observatorio Astronómico de Córdoba, Buenos Aires: Ediciones Saber y Tiempo.
• Canals-Frau, D. (1949). El método de las placas fotográficas aplicado al estudio de la radiación cósmica. Ciencia e Investigación, 5, 17, 179-189.
• López Dávalos, A. y Badino, N. (1995) Guido Beck in Argentina 1943-1951.An. Acad. bras. Ci., 67 (Supl. 1). Disponible en Videira et al 2000.
• Roederer, J. G. (2002). Las primeras investigaciones de radiación cósmica en la argentina 1949-1959: un relato personal. Disponible en http://www.auger.org.ar/argentina/material/Roederer-historia-1.pdf.
• Rovero, A. C. (2009). Historia de la Astronomía de altas energía en Argentina. Historia de la Astronomía Argentina, Asociación Argentina de Astronomía Book series, N°2, La Plata, 2009, pp. 357-402. Workshop de Historia de la Astronomía Argentina, Observatorio Astronómico de La Plata, La Plata, 29 y 30 de mayo de 2008.
• Stieff, L. R. y Stern, T. W. (1951). Preparation of nuclear-track plates and stripping films for the study of radiactive minerals. USGS Trace Elements Investigations. Washington, D.C. : U.S. Dept. of the Interior, Geological Survey, 184-196. Disponible en: http://www.minsocam.org/ammin/AM37/AM37_184.pdf
• Videira, A. A. P.; Videira, A. L. P.; Vieira, C. L. y Nussenzveig, H. M. (2000). Guido Beck transições e ideais de um físico sem fronteiras. (Catálogo de Exposição). CD-ROM. Rio de Janeiro: Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas.

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Paolantonio, S. (2013). Apuntes sobre los primeros estudios de rayos cósmicos realizados en Argentina. Disponible en https://historiadelaastronomia.wordpress.com/documentos/rayoscosmicos/. Recuperado el … (indicar la fecha).

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