“Partículas fantasmas” detectadas en la Antártida desafían la física

Una capa de hielo de 2 kilómetros de espesor y un frío pavoroso son características climáticas y geográficas que sólo se encuentran en la Antártida. Por eso, no es de extrañar que resulte un lugar tan interesante para algunas disciplinas científicas, tan ajenas como la física. El inhóspito continente se convirtió en escenario de un misterio para el mundo de la física cuando la Antena Antártica de Impulso Transitivo (ANITA) detectó algo inusual: partículas extremadamente discretas, conocidas como neutrinos, alcanzando una energía altísima en el centro antártico.

Neutrinos en la Antártida.

El único detalle es que la ANITA se ubica en la misma zona que un detector de neutrinos con mucho mayor alcance llamado IceCube. Inexplicablemente, el IceCube no detectó presencia alguna de neutrinos de alta energía en la época que ANITA hizo los registros.

Los neutrinos suelen originarse en grandes cantidades a consecuencia de eventos cósmicos extremadamente violentos, y llegan a la Tierra tras varios años luz de recorrido. Por eso, es muy extraño que un dispositivo “pequeño” como la ANITA detectara un neutrino sin que el IceCube haya registrado los otros provenientes del mismo «lote», con características similares.

Podría suponerse que la ANITA tuvo suerte, alcanzando a detectar un neutrino en un millón. Sin embargo, la probabilidad de que esto suceda es tan ínfima que los investigadores a cargo del IceCube comenzaron a preguntarse si este bribón de alta energía es realmente un neutrino. Considerando la posibilidad de que la estructura actual de la física de partículas no pueda explicarlo. Un análisis del caso está disponible ArXiv, aunque todavía no pasa por la rigurosa revisión por pares.

Partículas esquivas.

Cuando hablamos de neutrinos debemos pensar en partículas extremadamente pequeñas. De hecho, actualmente son las partículas más pequeñas conocidas por la ciencia. Comparados con los electrones (esas partículas que podemos encontrar orbitando el núcleo de los átomos), la masa de los neutrinos es hasta 100 millones de veces menor. Es ridículamente pequeña, aunque no nula.

Los neutrinos están, literalmente, en todas partes. Mientras lees este párrafo, miles de millones de estas partículas (probablemente emitidas por el Sol) atraviesan tu cuerpo y toda la Tierra. Pero, aunque son extremadamente abundantes son muy esquivas. Debido a su tamaño, los neutrinos recorren el Universo sin casi nunca interactuar con otra partícula. En esencia, esto los hace indetectables y por ello se conocen como «partículas fantasmas«.

Detectando neutrinos de alta energía.

El conjunto de teorías físicas donde se explica este mundo subatómico, comúnmente conocido como Modelo estándar de la física de partículas, considera la existencia de neutrinos de alta energía. A diferencia de sus primos de baja energía, estas partículas son todavía más extrañas y mucho más «sociables». Y es que, mientras mayor sea la energía de un neutrino, mayor probabilidad existe de que interactúe con algo en su recorrido.

Observatorio de Neutrinos de IceCube.

La tecnología humana ha desarrollado dispositivos específicos que buscan a estos viajeros cósmicos. Uno de los más importantes es el Observatorio de Neutrinos de IceCube, una estructura conformada por más de mil sensores de luz sepultados en el hielo antártico.

Cuando un neutrino de alta energía atraviesa la Tierra (puede ser viniendo directamente del cielo, o tomando una ruta mucho más extrema donde entra por el Polo Sur y sale por el Polo Norte), es posible que actúe con algún átomo en el continente de hielo. Es precisamente esta interacción lo que detectan los sensores. Aunque cualquier neutrino es capaz interactuar, los de alta energía resultan mucho más «llamativos».

ANITA.

Otro dispositivo capaz de detectar neutrinos de alta energía es la ANITA, de la NASA. Se ubica en un globo flotante en el cielo helado de la Antártida, y busca específicamente neutrinos extremadamente energéticos, cientos de veces más que los detectados por el IceCube. De hecho, estos generan señales de radio cuando llegan a interactuar con algún átomo en el hielo antártico.

Es en esta situación donde reside el misterio: en los últimos tres años la ANITA ha detectado, en tres ocasiones distintas, neutrinos de energía absurdamente alta provenientes del suelo de la Antártida. Y, como ya mencionamos, entre más energéticos son los neutrinos, mayor es la probabilidad de que interactúen con otras partículas en algún momento.

Sin explicación.

Los neutrinos detectados se recibieron en un ángulo que sugiere atravesaron la Tierra desde el hemisferio norte celeste hasta salir por el sur, en la Antártida. Aunque si este fuera el caso, se habrían detenido al interior de la Tierra, muchísimo antes de alcanzar el detector.

Tampoco es imposible que uno de estos neutrinos atraviese el planeta como Juan por su casa. Pero, para alcanzar esta hazaña, muchos otros tendrían que haber fallado en la misión. Y los registros del IceCube sugieren que no existía tal ejército de neutrinos. Ningún otro neutrino de alta energía bombardeó la región en aquella época, sólo esos tres. Y ningún fenómeno cósmico en el universo (por ejemplo, un agujero negro supermasivo con un enorme disco de acrecimiento a su alrededor) parecía responsable por su emisión.

De esta forma, las detecciones contrarían a las reglas físicas vigentes. Esto promovió una intensa discusión entre físicos del mundo entero. Algunos sugieren que se detectó algo inédito, tal vez algún tipo de neutrino no previsto en el Modelo estándar de partículas. Sin embargo, otros buscan explicaciones que encajen en los modelos vigentes. Una nueva generación de detectores tal vez pueda dilucidar este misterio. Por ahora, los físicos no tienen otra opción más que teorizar.