Científicos analizan extrañas señales captadas debajo del hielo en la Antártida

Un experimento realizado en la Antártida registró impulsos de radio debajo del hielo, en trayectorias tan pronunciadas que resultan complejas de explicar con el conocimiento actual sobre partículas subatómicas.

Las señales, detectadas por Antena Antártica de Impulso Transitivo (ANITA), despertaron el interés de la comunidad científica por su orientación anómala y su potencial vínculo con partículas esenciales y muy difíciles de captar llamadas neutrinos tau.

Un equipo conjunto de científicas y científicos de ANITA y del Observatorio Pierre Auger, en Argentina, llevó adelante una búsqueda sistemática utilizando datos recopilados por Auger durante 15 años. Los resultados se publicaron en la revista Physical Review Letters y desafían la interpretación de las señales como producto de partículas conocidas.

Según el Departamento de Energía de Estados Unidos, “el neutrino quizás sea la partícula mejor nombrada del Modelo Estándar de la física de partículas: es diminuta, neutra y tan ligera que nadie ha logrado medir su masa. Los neutrinos son las partículas con masa más abundantes en el universo. Se generan cada vez que los núcleos atómicos se fusionan, como en el Sol, o se dividen, como en un reactor de fisión o un acelerador de partículas. Incluso un plátano emite neutrinos, producto de la radiactividad natural del potasio que contiene”.

“Una vez emitidas, estas partículas fantasmales casi nunca interactúan con la materia”, divulgó la entidad estadounidense.

Las señales fueron captadas por una matriz de antenas a bordo de un globo que vuela a unos 40 kilómetros de altitud. “Apuntamos nuestras antenas hacia el hielo y buscamos neutrinos que interactúan con él, produciendo emisiones de radio que luego podemos detectar”, explicó Stephanie Wissel, investigadora de Penn State y miembro del equipo de ANITA, en un comunicado oficial de la institución educativa.

Presentaban una característica inesperada: no eran reflejos del hielo, sino pulsos que llegaban desde debajo del horizonte, como si emergieran desde el interior del planeta. “Las ondas de radio que detectamos estaban en ángulos muy pronunciados, como 30 grados debajo de la superficie del hielo”, indicó la experta.

Según los cálculos, para que un pulso radial llegara desde ese ángulo hasta el globo sin atenuarse, debería haber atravesado unos 6000 a 7000 kilómetros de roca sólida, lo que generaría que la emisión no sea detectable. “Es un problema interesante porque todavía no tenemos una explicación real de qué son esas anomalías, pero lo que sí sabemos es que lo más probable es que no representen neutrinos”, sostuvo Wissel.

Por su orientación y energía, las señales podrían parecer compatibles con neutrinos tau. Pero esa hipótesis tiene límites. El artículo científico refuerza esta duda al indicar que si los eventos observados por ANITA fueran producto de neutrinos tau, el Observatorio Pierre Auger debería haber registrado múltiples señales equivalentes.

Cómo se realizó el estudio

El experimento fue diseñado para detectar señales provenientes de duchas de partículas, es decir, cascadas que se producen cuando una partícula de muy alta energía choca contra el hielo antártico y genera otras partículas secundarias. En dos de sus vuelos, el instrumento detectó señales que tenían una orientación extraña: venían desde debajo del horizonte y tenían una polarización horizontal que no coincidía con lo que se esperaría si simplemente se tratara de un reflejo en el hielo.

Para verificar esa hipótesis, el equipo recurrió al Observatorio Pierre Auger, en la provincia de Mendoza, Argentina. Allí, en lugar de buscar señales que caen desde el cielo, los investigadores se concentraron en eventos inusuales que vinieran desde abajo, en un ángulo muy inclinado, mayor a 110°, es decir, que atravesaran la Tierra desde el otro lado y salieran hacia arriba.

Para eso, analizaron 15 años de registros del observatorio y realizaron simulaciones por computadora para poder comparar distintos tipos de trayectorias: tanto las normales (partículas que caen del espacio) como las hipotéticas “duchas” ascendentes. También eliminaron cualquier señal que pudiera deberse a errores, interferencias de calibración o resultados ambiguos. Tras ese análisis, solo encontraron un evento que cumpliera con todos los requisitos, y su frecuencia está dentro de lo que puede explicarse por ruido de fondo o pequeñas fallas del sistema.

El artículo concluye que esto no respalda la idea de que las señales detectadas por ANITA hayan sido causadas por partículas conocidas saliendo desde el interior de la Tierra. Además, fija límites precisos sobre cuán frecuente podría ser un fenómeno así, según distintas energías y profundidades desde las que podría haberse generado.

Los próximos pasos en la exploración de partículas

Si las señales observadas por ANITA fueran causadas por neutrinos tau que atraviesan la Tierra y emergen para decaer en la atmósfera, Auger habría registrado múltiples eventos similares durante el mismo período, según los modelos de espectro y altitud utilizados por el estudio. Como esto no ocurrió, los autores concluyen que el fenómeno no se ajusta a las predicciones del modelo estándar y que su explicación requiere condiciones no contempladas.

Frente a ese enigma, Wissel plantea otra posibilidad: “Supongo que se produce algún interesante efecto de propagación de radio cerca del hielo y también cerca del horizonte que no comprendo del todo, pero ciertamente exploramos varios de ellos y aún no hemos podido encontrar ninguno”.

Para profundizar la investigación, el equipo trabaja en el desarrollo de un nuevo detector de mayor sensibilidad que también será transportado por globo sobre la Antártida. “Me entusiasma que, cuando volemos, tengamos mayor sensibilidad. En principio, deberíamos detectar más anomalías y quizá comprendamos realmente qué son. También podríamos detectar neutrinos, lo que, en cierto modo, sería mucho más emocionante”, concluyó Wissel.