Una nueva trampa para cazar partículas extraterrestres con hielo

Imagina una partícula tan pequeña, tan elemental, que sea indivisible. De ellas es de lo que está hecho nuestro universo, pero no todas son iguales. Algunas conforman la luz, otras los átomos de los 118 elementos que conocemos, pero hay una que atrae nuestra atención más que ninguna otra: el neutrino. Se trata de la partícula más escurridiza de todas. No solo roza la velocidad de la luz, sino que apenas interactúa con nada. Puede recorrer distancias astronómicas atravesando planetas y estrellas sin desviarse lo más mínimo. La materia apenas le frena, la gravedad casi no tiene efecto sobre él y ni siquiera los campos electromagnéticos consiguen torcer su impertérrita trayectoria. Para hacernos una idea, si disparamos un montón de neutrinos contra un bloque de plomo de un año luz de espesor, sólo conseguiremos detener a la mitad de ellos. ¿Cómo atrapar un ejemplar así?

“Observar” un neutrino es tan complicado que se teorizó su existencia varias décadas antes de que pudiera ser detectado por primera vez. Desde entonces han pasado 66 años y nuestras estratagemas para cazar neutrinos se han vuelto mucho más sofisticadas. Hemos pasado de detectar los neutrinos emitidos por un reactor nuclear a observar aquellos que nos llegan desde los lugares más remotos del universo. Ese es precisamente el cometido de un nuevo dispositivo bajo el hielo de Siberia.

La fortaleza de la soledad

Cuentan los cómics que, cuando Supermán buscaba aislarse del mundo, se recluía en una cueva de hielo. Le llamaron Fortaleza de la Soledad y tan pronto la ubicaban en el Ártico como en los Andes o en la Antártida. Todos sabemos que los superhéroes son pura ficción, pero si la Fortaleza de la Soledad existiera, sería algo bastante parecido al helado lago Baikal y ahí es donde empieza nuestra historia. Se trata del lago más profundo del mundo y el más grande de los lagos de agua dulce que manchan el continente asiático. Es más, él solo contiene una quinta parte del agua dulce que existe en nuestro planeta.

Estando en Siberia, cabe señalar que el lago es “invisible” durante buena parte del año. El crudo frío que asola la región mantiene su superficie congelada, envolviendo en una crisálida de hielo el agua que todavía permanece líquida. El espesor de sus placas superar los dos metros en algunos lugares. Para que nos hagamos una idea, 10 centímetros de espesor serían suficientes como para caminar sobre él sin peligro, aquí hablamos de grosor 25 veces mayor.

Aprovechando esta espectacular formación natural, los físicos han podido construir un detector de neutrinos de medio kilómetro cúbico. Para ello han perforado la superficie “lago adentro” a 4 kilómetros de la costa, y han sumergido en sus aguas unos detectores hechos de acero y vidrio cuyo cometido será estar alerta ante los posibles fulgores azules que iluminen las profundidades de Baikal.

La extraña luz azul de Cherenkov

Como dijimos antes, los neutrinos no suelen interactuar con la materia, pero eso no significa que no lo hagan nunca. De hecho, si un bloque de plomo de un año luz de espesor puede parar a un 50% de los neutrinos es que todo depende de encontrar la suficiente cantidad de la materia adecuada. El agua es un buen ejemplo, pero no solo porque los neutrinos puedan interactuar con ella, sino porque es transparente. Esto permite que tenga lugar un extraño fenómeno llamado “radiación de Cherenkov”.

Del mismo modo que cuando un objeto supera la velocidad del sonido se produce una especie de chasquido debido a la compresión de las ondas sonoras a medida que se mueve, cuando una partícula viaja más rápido que la luz a través de un medio, se produce un resplandor azulado. Porque, efectivamente, nada puede alcanzar (o superar) la velocidad de la luz en el vacío, pero esto es agua, y desvía a los fotones que componen la luz mucho más de lo que tuerce la trayectoria de los neutrinos.

Durante las últimas décadas se han construido contenedores de agua cada vez más grandes, pero cuando hablamos de volumen la naturaleza sigue siendo la reina. De hecho, los expertos esperan que en los próximos años el Baikal-GVD pueda duplicar su alcance, llegando al kilómetro cúbico de volumen. Mientras tanto, el ingenio ruso ya se ha convertido en el mayor telescopio de neutrinos del hemisferio norte. Ahora podrá patrullar los cielos cartografiando las fuentes de neutrinos que se ciernen sobre nosotros para así comprender un poco mejor nuestro universo.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Aunque la inauguración del Baikal-GVD es una noticia relevante y su tamaño es merecedor de toda nuestra atención, no es ni el más grande ni el primero que se construye aprovechando el agua helada que la naturaleza nos brinda. En la Antártida se encuentra el Ice Cube, el cual cuenta con más de 1 kilómetro de ancho y dos y medio de profundidad. Gracias a él y a otros de menor tamaño como Antares, que flota en nuestro Mediterráneo, podemos estudiar el cosmos de una forma diferente, localizando intensas fuentes de neutrinos que revelan procesos que podrían permanecer ocultos para los telescopios convencionales (de radiación electromagnética).

REFERENCAIS (MLA):

• Enrico Fermi. Tentativo di una Teoria Dei Raggi β. Nuovo Cimento, vol. 11, artículo nº 1 (1934)
• Clyde Cowan, Frederick Reines et al. Detection of the Free Neutrino: a Confirmation. Science, vol. 124, is. 3212, pp. 103-104 (1956)
• Phys.org. 2021. Russia deploys giant space telescope in Lake Baikal. [online] Available at: [Accessed 15 March 2021].
• Spiering, C., 2020. Neutrino Detectors Under Water and Ice. Particle Physics Reference Library, pp.785-822.