A través del espacio, casi a la velocidad de la luz, los neutrinos cruzan el cosmos. Ni tan siquiera les importa que haya un planeta o una luna de por medio: estas efímeras partículas son capaces de atravesarlo todo. Pero, por primera vez, un experimento ha conseguido demostrar un hecho sorprendente: la capacidad de la Tierra para absorber estas subpartículas. ¿Por qué es tan importante este descubrimiento?
La Tierra puede absorber neutrinos
El detector IceCube, situado en el Polo Sur, acaba de anunciar uno de los mayores avances sobre neutrinos de los últimos tiempos: la Tierra es capaz de absorber estas partículas. En concreto, neutrinos de alta energía, cuyas características los hacen muy escurridizos. "Este logro es importante porque muestra, por primera vez, que los neutrinos de muy alta energía pueden ser absorbidos por algo, en este caso, la Tierra", dijo Doug Cowen, profesor de Física, Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Penn State y uno de los autores del estudio.
La primera señal de neutrinos de alta energía en el detector ocurrió en 2013, pero el misterio sobre si cualquier tipo de material puede detener realmente a estas subpartículas no había sido resuelto. "Sabíamos que los neutrinos de menor energía pasan a través de casi cualquier cosa", explicaba Cowen para la prensa, "pero, aunque esperábamos que los neutrinos de mayor energía fuesen diferentes, ningún experimento había podido demostrar que los más energéticos pudieran ser absorbidos".
Para llegar a esta conclusión, el estudio, publicado en Nature, se basa en los datos de aproximadamente 10.800 interacciones subatómicas recogidos durante todo un año. Cowen y Tyler Anderson, profesor asistente de Investigación de Física en la Universidad Penn State, son miembros colaboradores de IceCube así como coautores de este estudio.
Una masa para trastocarlo todo
Desde su predicción, los neutrinos siempre han sido una de las partículas que más emociones despiertan entre los físicos. Estos "neutrones diminutos", como los bautizó Fermi, no poseen carga y su masa es ínfima, pero existente, lo que parece contradecir al modelo electrodébil de la física de partículas. De hecho, como su masa es tan pequeña y carecen de carga, son muy difíciles de detectar ya que no interaccionan con casi nada.
Son, literalmente, como pequeñísimos fantasmas que atraviesan el espacio y todo lo que lo conforma sin apenas inmutarse. Por el momento, creemos que la cota superior de la masa de los neutrinos es de 5,5 eV/c2, lo que equivale a menos de una milmillonésima parte de la masa de un átomo de hidrógeno. Pero no estamos seguros. Esto es en parte por culpa de esa imposibilidad de poder "capturarlos". Su hipotética masa, por el momento, la hemos deducido de observar las galaxias.
Pero necesitamos hacerlo para poder confirmar algunos aspectos clave de nuestro Modelo Estándar de la Física. La masa del neutrino tiene importantes consecuencias ya que, grosso modo, implicaría la posibilidad de que ocurrieran transformaciones entre los tres tipos de neutrinos existentes. Esto es un fenómeno conocido como oscilación de neutrinos, que ha sido observado, pero que no coincidiría con el modelo original, lo que tiene importantes implicaciones sobre lo que sabemos de la física de nuestro universo.
Un detector a casi dos Km bajo el hielo
El IceCube es un detector de neutrinos confeccionado por una serie de 5.160 sensores del tamaño de un balón de baloncesto enterrados en un kilómetro cúbico y a casi dos mil metros bajo el hielo extremadamente virgen, en la estación Amundsen-Scott, cerca del Polo Sur. El detector lleva en su apogeo de actividad desde 2010. Con este descubrimiento hemos comprobado una cosa: se puede atrapar a los neutrinos. Pero esto no es un hecho definitivo.
"Los resultados de este estudio son completamente consistentes con el Modelo Estándar de Física de Partículas", explicaba Cowen. Cualquiera que buscara con esta detección la existencia y, con ella, la prueba de que nuestro modelo estándar es inconsistente, se equivocaba. "Por supuesto que esperábamos que apareciera una nueva física, pero desafortunadamente, encontramos que el modelo estándar, como de costumbre, resiste la prueba", comentaba Francis Halzen, investigador principal del IceCube Neutrino Observatory y profesor de Física de la Universidad de Wisconsin-Madison.
Los sensores de IceCube no observan directamente los neutrinos, sino que miden flashes de luz azul, conocida como radiación Cherenkov, emitidos después de una serie de interacciones con el hielo. Midiendo estos patrones de luz, IceCube puede estimar la energía de los neutrinos así como su dirección. De esta forma, los científicos descubrieron que los neutrinos que tenían que atravesar una mayor distancia a través de la Tierra tenían menos probabilidades de alcanzar el detector. Por tanto, nuestro planeta los detiene.
No obstante, la mayoría de los neutrinos seleccionados para el estudio son más de un millón de veces más enérgicos que los neutrinos producidos por fuentes comunes, como el Sol o las plantas de energía nuclear. Este análisis también incluye una pequeña cantidad de neutrinos astrofísicos, que se producen fuera de la atmósfera de la Tierra, como pueden ser algunos aceleradores cósmicos no identificados hasta la fecha, tal vez asociados con agujeros negros supermasivos.
Además de proporcionar la primera medición de la absorción de neutrinos en la Tierra, el análisis muestra que el alcance científico de IceCube se extiende más allá de su foco principal en descubrimientos de física de partículas, aplicándose a la astronomía de neutrinos o, incluso, a la física nuclear. Esto es de gran interés para los geofísicos, quienes tratan de usar neutrinos para obtener imágenes del interior de la Tierra a fin de explorar el límite entre su núcleo sólido interno y su núcleo externo líquido.
Por el momento, los resultados son solo un acercamiento a una cantidad increíble de conocimientos asociados con los esquivos neutrinos. No por nada estas partículas han sido siempre sorprendentes y misteriosas. Y lo seguirán siendo. Pues aunque hemos desvelado uno de sus secretos, estos pequeños viajeros cósmicos siguen guardándose más de un as en la manga.
