Un experimento ha medido con éxito la capacidad de la Tierra para absorber neutrinos: las partículas subatómicas que se desplazan por el espacio a casi la velocidad de la luz.

El experimento se logró con el detector IceCube, un conjunto de 5.160 sensores del tamaño de un balón de baloncesto emplazados en un kilómetro cúbico de hielo cerca del Polo Sur.

Los resultados de este experimento de la colaboración de IceCube, que incluye a los físicos de la Univerisdad de Pensylvania (Penn State), en Estados Unidos, se detallan un artículo que se publica en la revista ‘Nature’. «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», afirma Doug Cowen, profesor de Física y Astronomía y Astrofísica en Penn State.

Las primeras detecciones de neutrinos de energía extremadamente alta fueron hechas por IceCube en 2013, pero sigue habiendo un misterio sobre si cualquier tipo de materia realmente puede detener el viaje de un neutrino a través del espacio.

«Sabíamos que los neutrinos de menor energía pasan por casi cualquier cosa –señala Cowen–, pero, aunque esperábamos que los neutrinos de mayor energía fuesen diferentes, ningún experimento previo había podido demostrar convincentemente que los neutrinos de mayor energía pudieran ser detenidos por cualquier cosa».

Los resultados de este nuevo trabajo se basan en un año de datos de aproximadamente 10.800 interacciones relacionadas con neutrinos. Este nuevo descubrimiento con IceCube supone una aportación emocionante a nuestra comprensión cada vez más profunda de cómo funciona el universo. También es un poco decepcionante para aquellos que esperan un experimento que revele algo que no puede ser explicado por el actual Modelo Estándar de Física de Partículas. «Los resultados de este estudio de Ice Cube son completamente consistentes con el Modelo Estándar de Física de Partículas, la teoría reinante que durante el último medio siglo ha descrito todas las fuerzas físicas en el universo excepto la gravedad», dijo Cowen.

Los neutrinos se formaron primero en el comienzo del universo, y continúan siendo producidos por estrellas en todo el espacio y por reactores nucleares en la Tierra. «Comprender cómo interactúan los neutrinos es clave para el funcionamiento de IceCube –explica Francis Halzen, investigador principal de ‘IceCube Neutrino Observatory’ y profesor de Física de la Universidad de Wisconsin-Madison, Estados Unidos–. Por supuesto que esperábamos que apareciera una nueva física, pero lamentablemente encontramos que el Modelo Estándar, como de costumbre, resiste la prueba».

Los sensores de IceCube no observan directamente los neutrinos, sino que miden flashes de luz azul, conocidos como radiación Cherenkov, emitidos después de una serie de interacciones que involucran partículas cargadas de movimiento rápido que se crean cuando los neutrinos interactúan con el hielo. Al medir los patrones de luz de estas interacciones en o cerca de la matriz de detectores, IceCube puede estimar las energías de los neutrinos y las direcciones de viaje. Los científicos descubrieron que los neutrinos que tenían que viajar más lejos a través de la Tierra registraban menos probabilidades de alcanzar el detector.

Pruebas con neutrinos más enérgicos que los del Sol

La mayoría de los neutrinos seleccionados para este estudio fueron más de un millón de veces más enérgicos que los neutrinos producidos por fuentes más familiares, como el Sol o las plantas de energía nuclear. El análisis también incluyó una pequeña cantidad de neutrinos astrofísicos, que se producen fuera de la atmósfera de la Tierra, a partir de aceleradores cósmicos no identificados hasta la fecha, tal vez asociados con agujeros negros supermasivos.

«Los neutrinos tienen una reputación bastante bien ganada de sorprendernos con su comportamiento», dice Darren Grant, portavoz de IceCube Collaboration, profesor de Física en la Universidad de Alberta, en Canadá, y antiguo investigador postdoctoral en Penn State. «Es increíblemente emocionante ver esta primera medición y el potencial que tiene para futuras pruebas de precisión», afirma.

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 central en descubrimientos de física de partículas y el campo emergente de la astronomía de neutrinos a los campos de la ciencia planetaria y física nuclear. Este análisis también es de interés para los geofísicos que deseen usar neutrinos para obtener imágenes del interior de la Tierra a fin de explorar el límite entre el núcleo sólido interno de la Tierra y su núcleo externo líquido.

IceCube fue construido para explorar las fronteras de la física y, al hacerlo, posiblemente desafíe las percepciones existentes sobre la naturaleza del universo. «Este nuevo hallazgo y otros por venir están en ese punto del descubrimiento científico», apunta James Whitmore, director del programa en la División de Física de la Fundación Nacional de Ciencias. Los físicos ahora esperan repetir el estudio utilizando un análisis expandido y multianual de los datos del conjunto completo de IceCube y observar los rangos más altos de las energías de los neutrinos en busca de pistas de nueva física más allá del Modelo Estándar.

Fuente: Europa Press