Un detector de partículas cósmicas en la Antártida ha detectado una serie de señales extrañas que desafían la comprensión actual de la física de partículas.
Según un grupo internacional de investigación, los inusuales pulsos de radio fueron detectados por el experimento de la Antena Transitoria Impulsiva Antártica (ANITA), una serie de instrumentos que se desplazan en globos sobre la Antártida y están diseñados para detectar las ondas de radio de los rayos cósmicos que inciden en la atmósfera.
El objetivo del experimento es comprender mejor los eventos cósmicos distantes mediante el análisis de las señales que llegan a la Tierra. En lugar de reflejarse en el hielo, las señales -una forma de ondas de radio- parecían provenir de debajo del horizonte, una orientación que no se puede explicar con la comprensión actual de la física de partículas y que podría indicar nuevos tipos de partículas o interacciones previamente desconocidas para la ciencia, según el equipo.
Los investigadores publicaron sus resultados en la revista Physical Review Letters.
“Las ondas de radio que detectamos se encontraban en ángulos muy pronunciados, como 30 grados por debajo de la superficie del hielo”, explicó en un comunicado Stephanie Wissel, profesora asociada de física, astronomía y astrofísica, quien trabajó en el equipo ANITA que buscaba señales de partículas esquivas llamadas neutrinos.
SIN EXPLICACIÓN
Explicó que, según sus cálculos, la señal anómala tuvo que atravesar e interactuar con miles de kilómetros de roca antes de llegar al detector, lo que debería haber dejado la señal de radio indetectable, ya que la roca la habría absorbido.
“Es un problema interesante porque aún no tenemos una explicación real de esas anomalías, pero lo que sí sabemos es que lo más probable es que no representen neutrinos“, afirmó Wissel.
Los neutrinos, un tipo de partícula sin carga y con la masa más pequeña de todas las partículas subatómicas, son abundantes en el universo. Generalmente emitidos por fuentes de alta energía como el Sol o grandes eventos cósmicos como supernovas o incluso el Big Bang, existen señales de neutrinos por todas partes. El problema con estas partículas, sin embargo, es que son notoriamente difíciles de detectar, explicó Wissel.
“Mil millones de neutrinos pasan por la uña del pulgar en cualquier momento, pero en realidad no interactúan”, dijo. “Así que este es un arma de doble filo. Si los detectamos, significa que han viajado hasta aquí sin interactuar con nada más. Podríamos estar detectando un neutrino proveniente de los confines del universo observable".
Una vez detectadas y rastreadas hasta su origen, estas partículas pueden revelar más sobre los eventos cósmicos que incluso los telescopios más potentes, añadió Wissel, ya que pueden viajar sin perturbaciones y casi a la velocidad de la luz, dando pistas sobre eventos cósmicos que ocurrieron a años luz de distancia.
Wissel y equipos de investigadores de todo el mundo han estado trabajando en el diseño y la construcción de detectores especiales para capturar señales sensibles de neutrinos, incluso en cantidades relativamente pequeñas. Incluso una pequeña señal de un neutrino contiene un tesoro de información, por lo que todos los datos son importantes, afirmó.
“Usamos detectores de radio para intentar construir telescopios de neutrinos de gran tamaño, lo que nos permite buscar una tasa de eventos esperada bastante baja”, explicó Wissel, quien ha diseñado experimentos para detectar neutrinos en la Antártida y Sudamérica.
ANITA es uno de estos detectores y se instaló en la Antártida porque hay pocas probabilidades de interferencia de otras señales. Para capturar las señales de emisión, el detector de radio, transportado en globo, se envía a sobrevolar extensiones de hielo, capturando lo que se conoce como lluvias de hielo.
“Tenemos estas antenas de radio en un globo que vuela a 40 kilómetros sobre el hielo de la Antártida”, explicó Wissel. “Apuntamos nuestras antenas hacia el hielo y buscamos neutrinos que interactúan con él, produciendo emisiones de radio que luego podemos detectar en nuestros detectores".
NEUTRINOS ESPECIALES
Estos neutrinos especiales que interactúan con el hielo, llamados neutrinos tau, producen una partícula secundaria llamada leptón tau, que se libera del hielo y se desintegra. Este término físico se refiere a cómo la partícula pierde energía al viajar por el espacio y se descompone en sus componentes. Esto produce emisiones conocidas como lluvias de aire.
Si fueran visibles a simple vista, las lluvias de aire podrían parecer una bengala ondeando en una dirección, con chispas a su paso, explicó Wissel. Los investigadores pueden distinguir entre las dos señales (lluvias de hielo y lluvias de aire) para determinar las características de la partícula que las creó.
Estas señales pueden rastrearse hasta su origen, de forma similar a cómo una pelota lanzada en ángulo rebota previsiblemente en el mismo ángulo, explicó Wissel. Sin embargo, los recientes hallazgos anómalos no pueden rastrearse de esta manera, ya que el ángulo es mucho más pronunciado de lo que predicen los modelos existentes.
Al analizar datos recopilados de múltiples vuelos de ANITA y compararlos con modelos matemáticos y simulaciones exhaustivas tanto de rayos cósmicos regulares como de lluvias de aire ascendentes, los investigadores pudieron filtrar el ruido de fondo.
Al analizar los datos recopilados en múltiples vuelos de ANITA y compararlos con modelos matemáticos y simulaciones exhaustivas de rayos cósmicos regulares y lluvias de aire ascendentes, los investigadores pudieron filtrar el ruido de fondo y descartar la posibilidad de otras señales conocidas basadas en partículas.
Luego, los investigadores cruzaron las señales de otros detectores independientes, como el Experimento IceCube y el Observatorio Pierre Auger, para comprobar si otros experimentos habían captado datos de lluvias de aire ascendentes similares a las detectadas por ANITA.
El análisis reveló que los otros detectores no registraron nada que pudiera explicar lo que ANITA detectó, lo que llevó a los investigadores a describir la señal como “anómala”, lo que significa que las partículas que la causan no son neutrinos, explicó Wissel.
Las señales no se ajustan al panorama estándar de la física de partículas, y aunque varias teorías sugieren que podría tratarse de un indicio de materia oscura, la falta de observaciones de seguimiento con IceCube y Auger reduce considerablemente las posibilidades, añadió.