Están en el espacio, en el centro de la Tierra, en el fondo del mar, en tu cocina y, ahora mismo, atravesando tu propio cuerpo. Millones de estas partículas surcan el universo sin que apenas percibamos su presencia. Aun así, para los científicos, su existencia ha supuesto una montaña rusa de emociones.

Estamos hablando de los denominados neutrinos: partículas sin carga eléctrica y con una masa tan pequeña que podríamos decir que es casi nula. Estas características los mantuvieron ocultos para los ojos de la física durante muchos años, dándoles el sobrenombre de “partículas fantasma”.

Pero el desarrollo de nuevas tecnologías, como la Inteligencia Artificial y los detectores de partículas de alta precisión, han permitido un estudio más en profundidad de su naturaleza.

Gracias a estos avances, el equipo de investigación del Observatorio de Neutrinos IceCube, situado bajo el hielo del Polo Sur, ha conseguido recrear la primera imagen basada en la detección de neutrinos procedentes de la Vía Láctea.

Este primer hallazgo podría suponer el inicio de un nuevo método de estudio para los astrónomos, permitiéndonos entender, no sólo la naturaleza de estas curiosas partículas, sino el origen del propio universo.

Los cazafantasmas cuánticos

Así podríamos llamar a los científicos que, durante décadas, se han encargado del estudio de los neutrinos.

Por su naturaleza, éstas escurridizas partículas son casi indetectables. A diferencia del resto, no cuentan ni con carga eléctrica ni con masa. O, por lo menos, con una masa suficientemente grande como para ser percibidas fácilmente. Entonces ¿cómo podemos saber de su existencia? Pues por simple conservación de las leyes físicas que rigen el universo.

Seguro que te suena la frase “la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Tal sentencia, otorgada al químico Antoine Lavoisier, viene a resumir el principio de conservación de la energía. Pues bien, ya en 1930, cuando se empezó a estudiar más a fondo la radioactividad, sus investigadores descubrieron que, en estos procesos, la energía no parecía conservarse.

Imaginemos que, para hacer una reacción, gastaban una cantidad determinado de energía. Al estudiar la energía resultante del proceso, en vez de detectar la misma cantidad, observaron, para su sorpresa, que ésta era menor ¿Dónde se encontraba la energía restante? La explicación más razonable que pudieron dar, y que más adelante se confirmó, fue la existencia de una partícula, sin carga ni masa, que “robaba” esa energía que faltaba. Así nacieron los denominados neutrinos.

Y, aunque hasta la fecha han sido casi indetectables, los neutrinos son la segunda partícula más abundante del universo. Sólo les ganan los fotones, es decir, las partículas de luz.

Tienen origen, sobre todo, en reacciones donde se ve involucrada una alta cantidad de energía. Por lo tanto, para encontrar la fuente natural de estas partículas, nos toca mirar nuevamente hacia el cielo. Más concretamente hacia los núcleos de las estrellas, que actúan como grandes centrales de procesos nucleares.

Nuevos avances, nuevos resultados

Gracias a la facilidad que tienen para no ser perturbados por ningún tipo de cuerpo, los neutrinos pueden atravesar sin problema masas tan grandes como la de nuestro propio planeta. Es por ello que, para evitar captar la señal de otras partículas, los centros de estudio dedicados a los neutrinos se suelen encontrar enterrados en el subsuelo. Es el caso del IceCube, el cual se ubica bajo toneladas de hielo, a más de un quilómetro de la superficie. Más específicamente, en la Estación del Polo Sur Amundsen-Scott de la Fundación Nacional de Ciencia, en la Antártida.

Durante diez años, el detector de alta sensibilidad, equipado con más de 5.000 sensores, consiguió recopilar información de los neutrinos procedentes de la Vía Láctea.

Sin embargo, el avance final vino de la implementación de métodos de aprendizaje automático, desarrollados por colaboradores del IceCube, en la Universidad de Dortmund. El conjunto de datos utilizado en el estudio incluyó 60.000 neutrinos detectados, 30 veces más que la selección utilizada en el análisis previo del programa.

Los investigadores pasaron más de dos años probando y verificando meticulosamente su algoritmo, utilizando datos artificiales que simulaban las detecciones de neutrinos. Cuando finalmente suministraron los datos reales proporcionados por IceCube, lo que surgió fue una imagen que mostraba puntos brillantes correspondientes a las ubicaciones en la Vía Láctea que, se sospechaba, eran fuentes de emisión de neutrinos.

Los datos del experimento fueron publicados esta semana en la revista Science.

Observar el cielo con nuevos ojos

Durante décadas, la expansión de nuevas técnicas de medición nos ha permitido escrutar el universo de muchas formas distintas.

Técnicas como la radioastronomía, el estudio de las ondas gravitacionales o la astronomía por infrarrojos han ofrecido una nueva perspectiva de todo aquello que se oculta más allá de nuestros cielos. La imagen de la Vía Láctea basada en neutrinos es la primera de su tipo: un retrato galáctico hecho con partículas de materia en lugar de energía electromagnética.

Estos resultados podrían ser el primer paso en la perfección de una nueva técnica de medición astronómica. Es por ello que los investigadores creen que, a medida que la técnica vaya refinándose, podremos obtener imagen con una resolución cada vez mayor, revelando características ocultas de nuestra galaxia nunca antes vistas por la humanidad.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Para localizar las fuentes de neutrinos de la Vía Láctea, los investigadores estudiaron las zonas dónde había más colisiones entre los rayos cósmicos y el gas interestelar. En ellas suelen darse, como subproducto, los llamados rayos gamma, asociados en los procesos nucleares con la aparición de neutrinos.

REFERENCIAS (MLA):

• Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane. Science [[LINK:EXTERNO|||http://dx.doi.org/10.1126/science.adc9818" target="_blank">]]
• Bravo, S. (2016) Neutrinos and gamma rays, a partnership to explore the extreme universe, IceCube. Available at: https://icecube.wisc.edu/news/research/2016/10/neutrinos-and-gamma-rays-partnership-to-explore-extreme-universe/ (Accessed: 29 June 2023).
• IceCube neutrino observatory (no date) IceCube. Available at: https://icecube.wisc.edu/ (Accessed: 29 June 2023).
• The milky way galaxy (no date) NASA. Available at: https://solarsystem.nasa.gov/resources/285/the-milky-way-galaxy/ (Accessed: 29 June 2023).