Las partículas subatómicas llamadas neutrinos son notoriamente difíciles de atrapar porque atraviesan la materia normal como si fueran fantasmas. Pero un nuevo estudio demuestra que los neutrinos de alta energía procedentes de fuentes cósmicas no son totalmente imparables.
Los investigadores del experimento IceCube, en la Antártida, han anunciado esta semana que han medido la velocidad a la que los neutrinos de alta energía interactúan con la materia regular en lugar de atravesarla sin problemas.
«Entender cómo interactúan los neutrinos es clave para el funcionamiento de IceCube», dijo Francis Halzen, profesor de física de la Universidad de Wisconsin-Madison e investigador principal de IceCube, en un comunicado de la universidad. [Fotos de IceCube: Laboratorio de física enterrado bajo el hielo de la Antártida]
El experimento IceCube se diseñó principalmente para estudiar aspectos de la física de partículas, pero los neutrinos también pueden revelar nueva información sobre acontecimientos cósmicos energéticos, como la explosión de estrellas o la colisión de agujeros negros. Incluso podrían proporcionar a los científicos nuevas pistas sobre el misterio de la materia oscura.
A través de la Tierra
Los neutrinos no afectan realmente a la vida cotidiana de la mayoría de los seres humanos: no componen los átomos (como los electrones, protones y neutrones), y no desempeñan un papel crucial en los objetos su masa (como el bosón de Higgs). Y, sin embargo, unos 100 billones de neutrinos pasan por tu cuerpo cada segundo, según un comunicado de la colaboración IceCube. La mayoría de esos neutrinos proceden del sol, que libera un flujo constante de neutrinos de baja energía hacia el espacio.
Los neutrinos que busca IceCube -los procedentes de fuentes cósmicas- son casi un millón de veces más energéticos que los neutrinos solares. Estos neutrinos de alta energía pueden ser liberados por una variedad de eventos cósmicos, incluyendo supernovas (estrellas que explotan), colisiones de agujeros negros y explosiones de rayos gamma (que pueden tener múltiples causas, incluyendo la colisión de estrellas de neutrones).
«Siempre decimos que ninguna partícula, salvo el neutrino, puede atravesar la Tierra», dijo Halzen en el comunicado de la Universidad de Wisconsin. «Sin embargo, el neutrino tiene una pequeña probabilidad de interactuar, y esta probabilidad aumenta con la energía».
El detector IceCube está enterrado bajo aproximadamente 1 milla (1,6 kilómetros) de hielo, y recoge los neutrinos que atraviesan la Tierra desde todas las direcciones. Así, el detector es capaz de observar cuántos neutrinos se detienen al atravesar el planeta a distintas profundidades.
Los científicos de IceCube «descubrieron que había menos neutrinos energéticos que atravesaban la Tierra y llegaban al detector de IceCube que los procedentes de trayectorias menos obstruidas, como los que llegaban en trayectorias casi horizontales», dijeron los responsables en el comunicado de la colaboración.
La velocidad a la que los neutrinos deberían interactuar con la materia regular, en función de la energía de los neutrinos, se denomina sección transversal de los neutrinos. Estos valores son predichos por el Modelo Estándar de la Física, que es el modelo más preciso que los científicos han elaborado sobre cómo debería comportarse el mundo físico. Un resultado que parezca contradecir el Modelo Estándar podría indicar que los científicos se han topado con una «nueva física», o con un aspecto del universo que aún no se ha predicho.
«Por supuesto, esperábamos que apareciera alguna física nueva, pero desgraciadamente nos encontramos con que el Modelo Estándar, como siempre, resiste la prueba», dijo Halzen en el comunicado.
Enclavado en el hielo
El observatorio IceCube consta de un conjunto de 5.160 detectores del tamaño de una pelota de baloncesto, espaciados uniformemente a lo largo de 86 «cuerdas» que se dejan caer en perforaciones en el hielo. En conjunto, las cuerdas y los detectores ocupan 0,24 millas cúbicas (1 km cúbico) de hielo, situado a 1 milla (1,6 km) por debajo del Polo Sur geográfico.
Cuando los neutrinos son absorbidos o colisionan con partículas de materia regular, la interacción produce lluvias de partículas secundarias. Esas partículas generan luz en el conjunto de IceCube, que el detector capta. Los investigadores pueden utilizar la señal para medir la energía del neutrino original y la dirección de la que procede.
El hielo bloquea partículas distintas de los neutrinos que interactuarían con el detector y crearían ruido en los datos.
Es posible que, con más datos, los investigadores puedan utilizar IceCube para estudiar el interior de la Tierra, tal vez cartografiando el grosor y de sus núcleos internos y externos, según las declaraciones. El nuevo artículo sólo se basa en los datos de un año de observaciones de IceCube -entre mayo de 2010 y mayo de 2011-, por lo que los investigadores aún tienen que analizar más.
«Tenemos más de siete años de datos en la lata con el detector terminado; por lo tanto, entregaremos una medición mucho más precisa en el futuro», dijo Halzen en el comunicado de la Universidad de Wisconsin.