Una serie de extrañas partículas subatómicas que parecen surgir de los hielos de la Antártida han dejado con la boca abierta a los físicos que las han descubierto. A primera vista, parecen similares a las que bombardean la Tierra continuamente en forma de rayos cósmicos. Aunque con una gran diferencia: los rayos cósmicos proceden del espacio y caen sobre nosotros «desde arriba». Pero nunca hasta ahora se habían detectado viniendo «desde abajo», es decir, surgiendo del propio planeta.

Operaciones científicas con la Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), en la Antártida
Operaciones científicas con la Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), en la Antártida

En un artículo recién publicado en Physical Review Letters, un equipo de investigadores dirigidos por Peter Gorham, de la Universidad de Hawái, se pregunta si podríamos estar ante un nuevo tipo de partícula hasta ahora desconocida. O incluso si nos encontramos ante una inesperada pista que nos conduzca hasta una «nueva Física».

Pero veamos. A cada segundo que pasa, cada centímetro de nuestro cuerpo recibe el impacto de cientos de rayos cósmicos, partículas muy energéticas que proceden de algunos de los eventos más violentos del Universo conocido, como la explosión de estrellas o la fusión de dos agujeros negros.

El origen de los rayos cósmicos

Como su propio nombre indica, los rayos cósmicos tienden a golpear la Tierra desde arriba, después de viajar cientos, miles e incluso millones de años luz a través del espacio. Sin embargo, la Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), una serie de antenas de radio que cuelgan de un globo aerostático a 37 kilómetros de altura y que los científicos usan, precisamente, para estudiar los rayos cósmicos, ha detectado partículas que emanan directamente del suelo.

Lo cual sugiere que «algo» extremadamente energético podría haber atravesado todo el planeta, un fenómeno que, sencillamente, no está permitido por el Modelo Estándar de la Física, la gran teoría que reúne a todas las partículas conocidas y a las cuatro fuerzas, o interacciones, que las gobiernan.

ANITA vuela continuamente sobre la Antártida, y su labor principal consiste en detectar las características lluvias de partículas que se producen cuando los rayos cósmicos impactan contra la superficie terrestre. En particular, el instrumento se centra en el estudio de los llamados Neutrinos Cosmológicos de Energía Ultraalta(UHECR) a medida que estos chocan contra el hielo de la superficie.

El efecto Askaryan

El sistema detecta dichas colisiones gracias a la emisión de ondas de radio que generan las explosiones de las partículas secundarias que surgen a medida que los UEHECR se mueven en el hielo a velocidades que, aparentemente, superan la de la luz. El proceso, conocido como efecto Askaryan, es similar al que provoca los destellos azules de laradiación Cherenkov que emite el agua que rodea los reactores nucleares.

En su primer vuelo, ANITA demostró su valía para este difícil trabajo detectando 16 eventos de esta clase. Habitualmente, las ondas de radio que se reflejan hacia el globo muestran una polarización horizontal, del mismo modo en que la luz se polariza horizontalmente cuando se refleja en un charco.

Sin embargo, para sorpresa de los investigadores, en la primera serie de datos de ANITA se ocultaba un UHECR que parecía surgir del hielo, pero sin ningún tipo de polarización. Los investigadores se dieron cuenta de inmediato de su presencia, pero no había suficientes evidencias que permitieran descartar que la partícula se había generado en el propio hielo.

En el tercer vuelo de ANITA, sin embargo, la historia se repitió. Se detectaron otros 20 UHECR y, de nuevo, un único evento en el hielo sin la esperada polarización debida a la reflexión.

Según los investigadores, las dos extrañas detecciones sugieren que partículas de muy alta energía han viajado a través de la Tierra, crerando una explosión de ondas de radio Askaryan en el hielo. Es decir, como los rayos cósmicos, pero al revés.

Los neutrinos no fantasmagóricos

Los neutrinos estándar son famosos porque tienen la capacidad de volar a través de planetas sólidos y galaxias enteras sin interactuar con ninguna otra partícula. Pero sus «parientes» de muy alta energía (los UHECR) no gozan de esa propiedad «fantasmagórica» y tienen muchas más posibilidades de chocar con otras partículas. De hecho, resulta difícil pensar que los UHECR detectados por el globo ANITA hayan conseguido atravesar la Tierra de extremo a extremo sin sufrir alguna colisión. O por lo menos eso es lo que dice el Modelo Estandar de la Física.

¿Qué es, entonces, lo que han detectado los investigadores? Las posibles soluciones incluyen interacciones (de los UHECR con otras partículas) que vayan «más allá» del Modelo Estándar, o incluso un tipo de partícula completamente nueva y jamás vista hasta ahora.

Para averiguar la verdad, será necesario estudiar mucho más a fondo el fenómeno y detectar más casos de partículas que vengan «desde abajo». Los investigadores, por su parte, creen que estamos ante un «indicio emocionante» que apunta a una era completamente nueva de la Física.

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