Fue en el año de 1782 que los hermanos Michel Joseph y Etienne Jacques Montgolfier lograron construir el primer globo aereostático, inflado con aire caliente. Como resultado el 20 de noviembre de 1783 se realizó el primer vuelo humano. Curiosamente transcurrieron mas de cien años antes de que se empezaran a usar para estudiar el cosmos. Entre 1911 y 1912 el físico austríaco Victor Hess realizó una serie de diez ascensos en globo para estudiar el por qué placas de metal tienden a cargarse en forma espontánea. En aquel entonces se suponía que la causa era la presencia, en pequeñas cantidades, de materiales radioactivos en rocas. De ser este el caso, a medida que uno se alejara del suelo las tendencia de placas metálicas a cargarse debería disminuir. Hess llevó consigo tres electroscopios, instrumentos compuestos basicamente por dos placas metálicas encerradas en una esfera de vidrio. Al cargarse las placas éstas se separan una de la otra. Hess observó que a partir de cierta altura, los tres electroscopios tendían a cargarse en mayor medida. El 7 de agosto de 1912, junto con un comandante de vuelo y un metereólogo, realizó un vuelo de seis horas en el cual ascendió a mas de cinco mil metros de altura. Hess publicó sus resultados en 1913, donde presentó su conclusión de que la causa de la carga de los electroscopios era una radiación de origen cósmico la cual penetra la atmósfera por arriba. El descubrimiento de esta radiación cósmica, por el cual Hess recibió el premio Nobel en 1936, abrió una nueva ventana para el estudio del Universo.
Aun cuando el hallazgo de Hess fue comprobado al poco tiempo por Kohlhörster, quien en 1913 hizo mediciones en globo hasta una altura de nueve kilómetros, no fue sino hasta mediados de la década de los veintes cuando la noción de que en el espacio existe una intensa radiación, la cual penetra solo las partes mas altas de la atmósfera terrestre, ganó aceptación. El mismo Hess había encontrado que no había ningún cambio en sus mediciones entre el día y la noche, descartando al Sol como el origen de esta radiación. Fue en 1925 cuando el físico estadounidense Robert Andrew Millikan introdujo el término "rayos cósmicos" para describir a esta radiación, la cual aun se desconocía de qué estaba formada. En ese entonces se consideraba que podía tratarse de fotones, el mismo tipo de partículas que forman la luz, pero en este caso debían ser de muy alta energía. Una segunda posibilidad era que se tratara de partículas con masa y carga, como por ejemplo electrones o protones, dos de los constituyentes principales de la materia. La cuestión podía resumirse en determinar si los rayos cósmicos tienen carga.
Una forma de saber si una partícula tiene o no tiene carga es viendo como se mueve en presencia de un imán. Las partículas sin carga no perciben el efecto del imán mientras que las cargas se mueven en un movimiento curvo. El imán que resolvió el problema fue la Tierra. De ser los rayos cósmicos partículas cargadas estos deberían llegar preferentemente a los polos, donde el campo magnético es mas intenso. En los años treintas el físico Arthur Compton hizo estudios extensivos de rayos cósmicos en distintas partes del mundo y demostró que estos llegan preferentemente a los polos terrestres, que su intensidad mínima corresponde al ecuador y que por lo tanto los rayos cósmicos son partículas con masa y carga. Estudios posteriores, como los realizados por el físico mexicano Manuel Sandoval Vallarta, mostraron que existe además una diferencia entre las intensidades medidas hacia el Este y hacia el Oeste, la cual indica que las partículas tienen carga positiva. La conclusión final es que la gran mayoría (90%) de los rayos cósmicos son protones, los constituyentes de carga positiva del los núcleos atómicos. Aparte de protones, que podemos considerar como núcleos de hidrógeno, hay núcleos de helio, carbono y los demás elementos químicos.
Mas que su composición, el aspecto mas relevante de estos rayos cósmicos es la energía que tiene cada partícula. Mientras que fotones de luz visible tienen una energía de un par de electrón volts, los rayos cósmicos tienen fácilmente energías de por lo menos millones de millones de electrón volts. Estas son comparables a las energías mas altas que pueden alcanzar los protones en los mas potentes aceleradores de partículas del mundo. De hecho los rayos cósmicos de mayor energía detectados alcanzan valores cientos de millones de veces superiores. Estas energías corresponden a protones viajando a 0.99999999999999999999999 veces la velocidad de la luz, el límite de velocidad que establecen las leyes de la física como inalcanzable. Puesto de otra manera, los rayos cósmicos de mayor energía son partículas de 0.00000000000000000000000167 gramos con una energía comparable a la de una pelota de tenis en un saque medianamente potente (digamos el segundo saque de Steffi Graf). Partículas con estas energías no pueden ser producidas en aceleradores terrestres, ya el acelerador que se requeriría sería mas grande que el sistema solar. El estudio de los rayos cósmicos ha permitido explorar las leyes de la física, en particular la constitución de la materia, en condiciones extremas. Desde el punto de vista astrofísico, su simple existencia indica que en nuestra galaxia y mas allá debe haber aceleradores de partículas con una potencia casi ilimitida. Ochenta y cinco años después del vuelo histórico de Victor Hess, los científicos siguen preguntandose cómo puede la Naturaleza lograr imprimir estas fantásticas energías a estos pequeñisimos constituyentes de la materia, los protones.