IceCube, atrapando neutrinos cósmicos en el Polo Sur

La Antártida, la conquista del Polo Sur y las aventuras épicas de los exploradores como Amundsen, el capitán Scott o Shakelton han apasionado desde muy pequeño a Gonzalo Merino. Este investigador vio su sueño cumplido de viajar a la Antártida en un viaje de trabajo como parte del experimento en el que trabaja actualmente: IceCube.

El IceCube es un gigantesco telescopio localizado en el Polo sur geográfico que ocupa 1Km cubico de hielo y que detecta neutrinos atmosféricos y cósmicos que están llegando constantemente a la Tierra.

Los neutrinos son partículas fundamentales, no cargadas y de alta energía que viajan casi a la velocidad de la luz y que casi no interaccionan. En palabras de Gonzalo Merino, aunque millones de neutrinos atraviesen nuestro cuerpo cada segundo solo 1 de estos neutrinos en toda nuestra vida interaccionara con un átomo de nuestro cuerpo. Como dato histórico, esta partícula fue propuesta 1930 por el físico teórico Wolfgang Pauli, pero siendo consciente de las propiedades del neutrino, el mismo dijo: “he hecho una cosa terrible, me he inventado una partícula que es indetectable”.

Así que, ¿porqué detectar neutrinos?. Uno de los interrogantes que el experimento IceCube intenta responder es de donde vienen la radiación cósmica o rayos cósmicos, partículas ionizantes de alta energía, que vienen del espacio y que no se sabe donde se originan.  Cuando estos rayos cósmicos llegan a la tierra colisionan con la atmósfera, que nos protege, y se generan neutrinos, además de otras partículas secundarias. La mayoría de las partículas generadas fruto de la colisión con la atmósfera se quedan en ella, pero los neutrinos no, porque al no tener carga no desvían su trayectoria al entrar en contacto con el campo magnético de la Tierra, así que pueden llegar a la superficie de la Tierra, atravesarla sin apenas interactuar con la materia y seguir  su viaje por el universo. Detectar con el telescopio IceCube de donde llegan los neutrinos como fruto de la radiación cósmica que llega a la atmosfera, nos permitiría trazar su trayectoria, en línea recta, desde la fuente de origen en el espacio. Tal y como dijo Gonzalo Merino, los neutrinos son “mensajeros cósmicos magníficos, pero hay que atraparlos”

Para atraparlos, se comenzaron a construir en la década de los 60 los primeros detectores de neutrinos. Para ello necesitaban un medio oscuro y transparente donde el agua de las profundidades del océano era un medio perfecto para ello, pero como los neutrinos “per se” no se pueden detectar, la idea es que en este medio un neutrino interaccionaría con el agua, generaría una partícula cargada, como por ejemplo un muon, y esta viajaría casi a la velocidad de la luz emitiendo radiación Cherenkov. Por lo tanto se emitiría  un flash de luz que los detectores que están en este medio oscuro y transparente podrían registrar. Como los neutrinos interaccionan tan poco, si tenemos un detector lo suficientemente grande y esperamos el suficiente tiempo, un neutrino interaccionará, y cuando esto pase se generará la partícula cargada, que se podrá detectar. Lamentablemente, en seguida se dieron cuenta de que se el océano era muy inestable y dañaba con frecuencia los detectores y el aparataje. Sin embargo el hielo profundo de la Antártida no y en 2005, empezó la construcción del IceCube que se concluyó en Diciembre de 2010.

La frecuencia de detección de neutrinos cósmicos por el telescopio IceCube es de aproximadamente unos 10 eventos al año y con esta información se esta construyendo un mapa del universo para poder identificar la fuente a la que apuntan estos neutrinos cósmicos. Sin embargo la distribución que han observado hasta ahora coincide con una distribución aleatoria, y todavía no han podido identificar una fuente clara de origen. Se cree que las supernovas o los agujeros negros podrían ser una fuente de rayos cósmicos, pero serán necesarios mas eventos y captar mas neutrinos cósmicos para seguir construyendo el mapa cósmico de donde vienen estas partículas. 

Si quieres ver la charla completa de Gonzalo Merino, este es el link de nuestro canal de YouTube:

https://www.youtube.com/watch?v=du5FHRQCI2g

Gonzalo Merino, es doctor en Física experimental de partículas por la Universidad Autónoma de Barcelona. Su carrera se ha desarrollado en el campo de la computación científica y actualmente trabaja en la Universidad de Wisconsin-Madison, como responsable del sistema informático del experimento IceCube en el Polo Sur.

 

Ana Isabel Fernández-Mariño

University of Wisconsin-Madison

Responsable Eventos y Divulgación ECUSA@Midwest

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