La radiación cósmica, o rayos cósmicos, son partículas de muy alta energía. Estas partículas provienen del espacio exterior (el 'cosmos') y de nuestro propio Sistema Solar. Los científicos primero llamaron "rayos" a estas partículas porque pensaron que eran una forma de radiación electromagnética. Pero no son rayos en absoluto, ¡son partículas!
Podemos diferenciar entre rayos cósmicos primarios y secundarios:
Aproximadamente el 99% de todas las partículas primarias de rayos cósmicos son núcleos de átomos. El resto son electrones libres, similares a las partículas beta. La mayoría de los núcleos son protones (núcleos de hidrógeno). Muchos otros son núcleos de helio (similares a las partículas alfa). Los núcleos de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, pero más livianos que el hierro, componen los rayos cósmicos restantes. Estas partículas de gran masa y alta carga se conocen como iones HZE.
Los rayos cósmicos primarios provienen de una variedad de fuentes. Por ejemplo, pueden provenir de erupciones solares. Las partículas emitidas por el Sol a menudo se denominan partículas energéticas solares. Las partículas también pueden provenir de explosiones estelares como novas y supernovas, que en su mayoría provienen del interior de nuestra galaxia.
Pero también pueden provenir de otras galaxias. Las partículas del exterior de nuestro sistema solar se llaman Rayos Cósmicos Galácticos (GCR por sus sigles en inglés). Los rayos cósmicos galácticos comienzan como partículas expulsadas de la nube de gases en expansión y el campo magnético. Estos son causados por una explosión estelar. Los GCR tienden a rebotar en el campo magnético. Con el tiempo, algunos obtienen suficiente energía para convertirse en rayos cósmicos y escapar a la galaxia. A medida que estas partículas continúan acelerándose, algunas pueden viajar cerca de la velocidad de la luz.
A veces, los rayos cósmicos primarios chocan con otras partículas. Por ejemplo, podrían chocar con partículas que forman la nave espacial o la Estación Espacial Internacional. Pueden chocar con las partículas de nuestra atmósfera. Cuando los rayos cósmicos primarios chocan con otras partículas, pueden dividir las moléculas y formar partículas de rayos cósmicos secundarios.
Por ejemplo, cuando los rayos cósmicos primarios entran en la atmósfera de la Tierra, chocan con moléculas de gas, principalmente oxígeno y nitrógeno. Esto rompe los núcleos de los gases en pedazos más pequeños. Este proceso se llama espalación. Esta ruptura da como resultado una cascada de partículas ionizadas y radiación electromagnética en la dirección en la que viajaban las partículas primarias.
Las partículas típicas de rayos cósmicos secundarios incluyen protones, neutrones, piones positivos y negativos y kaones positivos y negativos. Algunos de los piones y kaones se descomponen en muones y neutrinos. Los muones son partículas elementales similares a los electrones. Los neutrinos son partículas elementales eléctricamente neutras. Otros piones se descomponen en fotones de rayos gamma, una forma de radiación electromagnética.
Los fotones de rayos gamma pueden producir electrones y positrones. Los positrones son la contraparte de antimateria de los electrones. Estos, a su vez, pueden continuar liberando más fotones de rayos gamma, y así sucesivamente.
