Los neutrinos son partículas bastante raras, y no es porque haya
pocas: son la segunda partícula más abundante del universo. De hecho,
cada segundo atraviesan nuestro cuerpo billones de neutrinos producidos
en el Sol, incluso de noche. Decimos que son raras justamente porque
pueden atravesarnos, cruzar la Tierra y seguir su camino intactas.
Ilustración de los módulos ópticos (de
unos 30 cm cada uno) del detector KM3NeT de neutrionos, con una unidad
de detección en la boya amarilla. (Foto: © Edward Berbee/Nikhef)
Esta propiedad es lo que ha hecho que cientos de científicos e ingenieros de todo el mundo hayan trabajado durante años para construir y operar telescopios gigantescos que permitan estudiar el cosmos con este tipo de partículas. Estos telescopios también son ‘raros’. Su funcionamiento se basa en detectar una luz azulada (denominada luz Cherkenkov) que se emite cuando un neutrino interacciona cerca del detector y produce otras partículas.
Los telescopios de neutrinos consisten en una red de cientos o miles
de detectores de luz encapsulados en esferas de cristal de tamaño de un
balón de playa e instalados en el fondo del mar o en el hielo antártico.
Este último es el caso de IceCube, localizado en la Antártida, que
acaba de publicar la detección de neutrinos provenientes del blazar TXS
0506+056.
Un blazar es un caso particular de galaxia de núcleo activo (AGN, por
sus siglas en inglés), es decir, galaxias en las que existe un agujero
negro con una masa millones de veces mayor que la del Sol sobre la que
cae materia a gran velocidad.
Las AGN son uno de los candidatos favoritos de los astrofísicos para
explicar uno de los misterios más longevos en Física: ¿Cuál es el origen
de los rayos cósmicos de gran energía que observamos? Por tanto, el
descubrimiento tiene gran importancia y trascendencia, como fue
subrayado en la rueda de prensa donde se presentó.
Además de arrojar luz sobre la cuestión del origen de los rayos
cósmicos, confirma que estamos en una nueva era en la observación del
cielo. En los últimos dos años hemos asistido al nacimiento de la
astronomía de multimensajeros. La reciente observación de ondas
gravitacionales y la identificación de la primera fuente de neutrinos
cósmicos de alta energía nos van a permitir tener una comprensión mucho
más completa del universo.
El nuevo descubrimiento tiene detrás un esfuerzo enorme para
construir un detector que abarca un kilómetro cúbico enterrado a 2.000
metros bajo la superficie del Polo Sur. Tuve la suerte de participar
como miembro de esta colaboración durante una estancia postdoctoral de
dos años en la Universidad de Madison-Wisconsin (la institución
estadounidense que lidera la colaboración internacional IceCube), bajo
la dirección de Francis Halzen, investigador principal del proyecto.
Mi labor estuvo centrada en el análisis de las prestaciones
esperadas para este detector y allí pude comprobar de cerca la
rigurosidad de las pruebas de calidad de todos los elementos y el
altísimo de nivel de organización logística, que han hecho posible
instalar y operar exitosamente este detector en un ambiente tan extremo
como la Antártida.
Pero hay que recordar que actualmente existen dos proyectos en el mar
Mediterráneo dedicados también a buscar neutrinos cósmicos: ANTARES y
KM3NeT, en los que participan grupos españoles (el Instituto de Física
Corpuscular o IFIC, la Universidad Politécnica de Valencia y la
Universidad de Granada).
ANTARES lleva tomando datos desde 2007. Es bastante más pequeño que
IceCube (en una proporción 1:50), pero ha demostrado la viabilidad de su
técnica en el fondo del mar, con importantes ventajas respecto al
hielo. En particular, se observa como la luz se dispersa menos en el
agua y una mejor resolución angular, algo crucial en un telescopio para
identificar bien de dónde vienen los neutrinos.
Esto ha impulsado el siguiente paso: construir un detector del tamaño
de IceCube en el Mediterráneo. Se llama KM3NeT (Cubic Kilometre
Neutrino Telescope) y ya se han comenzado a instalar sus primeras
líneas. En 2020 contará con un centenar de líneas cerca de la costa
francesa y otro centenar al sur de Italia.
Es interesante señalar que hay una cooperación bastante cercana entre
estos dos experimentos del Mediterráneo y IceCube, incluyendo reuniones
anuales conjuntas. De hecho, ANTARES fue una de las colaboraciones
científicas que recibió la alerta e información previa sobre el blazar
TXS 0506+056, lo que nos ha permitido estudiar si había una señal de esa
fuente en nuestros datos.
Los telescopios de neutrinos como ANTARES y KM3NeT también están
centrados en uno de los grandes retos de la física de partículas actual:
la búsqueda de materia oscura. Sabemos que la materia oscura constituye
el 80% de la materia del universo, pero no está hecha de ningún tipo de
partícula que conozcamos. Precisamente porque no sabemos de qué está
constituida, necesitamos abordar la búsqueda mediante diversas técnicas
experimentales, y los telescopios de neutrinos ofrecen ventajas
específicas.
En nuestro caso, las fuentes más prometedoras son el Sol y el centro
galáctico. La idea es que las partículas de materia oscura se acumulan
en estos objetos astrofísicos, y cuando chocan entre ellas producen
diversas partículas, entre ellas neutrinos. Ya se han realizado análisis
con datos de ANTARES, pero hasta ahora no se han encontrado las señales
que buscamos. La construcción de KM3NeT mejorará notablemente nuestra
capacidad para estas búsquedas, de manera que quizá en los próximos años
podamos desentrañar este misterio.
SINC
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