Científicos del detector IceCube consiguen un gran avance en astronomía al observar el núcleo activo de una galaxia lejana gracias a los neutrinos que emite

A 1 kilómetro bajo tierra hay una trampa escalofriante.
Inundada de agua ultrapura, rodeada de once mil detectores, inhabitable y hostil.
Pero no sirve para cazar seres humanos, sino para atrapar el enigma del Universo.

Se llama resonancia de Glashow a la interacción entre un electrón y un antineutrino mediada por un bosón W, predicha en 1959 por Sheldon Lee Glasshow (88 años). Para un electrón en reposo se requiere un neutrino de 6.3 PeV (petaelectrónvoltios). Una energía inalcanzable para un colisionador de partículas (el LHC alcanza 14 TeV, pero 1 PeV = 1000 TeV). Se publica en Nature que el detector IceCube ha observado un antineutrino electrónico con una energía de 6.05 ± 0.72 PeV; como del orden del 5 % de la energía se pierde en partículas secundarias

Después de miles de millones de años de lanzarse sin obstáculos a través de los vastos confines del universo, una partícula fantasma de neutrinos murió el 22 de septiembre de 2017. Fue aniquilada cuando colisionó con un átomo en la oscuridad helada dos kilómetros debajo de la superficie del casquete glacial del polo sur. Y esto condujo a la primera identificación del lugar de nacimiento de un neutrino desde fuera de nuestra galaxia: en este caso, la forja cósmica inimaginablemente violenta de un blazar ...

Neutrinos de alta energía. Consideradas “partículas fantasma” livianas, porque lo atraviesan todo a casi la velocidad de la luz. Incluido nuestro cuerpo. O eso creíamos hasta esta semana. El detector IceCube (literalmente, cubo de hielo, que es lo que en esencia es este instrumento) ha capturado por primera vez en la Tierra neutrinos de alta energía. Esta partícula es considerada “una de las últimas fronteras de la comprensión del universo”, señala la astrofísica de la Universidad de París Diderot Isabelle Grenier.

En 2012 el observatorio IceCube de neutrinos detectó una de estas esquivas partículas desde la Antártida. Al mismo tiempo, el telescopio espacial Fermi y la red de radiotelescopios terrestres TANAMI registraron un aumento del brillo en la galaxia PKS B1424−418. Ahora un equipo internacional de astrofísicos concluye que aquel neutrino procedía de una fuente energética de esa galaxia con una probabilidad del 95%, un hallazgo que puede inaugurar la astronomía de neutrinos.

Enterrado profundamente bajo el hielo antártico, un observatorio ha detectado partículas fantasmales, casi sin masa procedentes de nuestra galaxia y puntos situados fuera de ella. Hallarlos no sólo confirma su existencia sino que también arroja luz sobre el origen de los rayos cósmicos. El proyecto IceCube ya localizó neutrinos extragalácticos en 2013, pero necesitaban confirmar que no procedían de nuestra propia galaxia (como del Sol.) Para ello, buscaron neutrinos que llegaran de todas direcciones con independencia del movimiento terrestre.

IceCube es un detector de partículas ultrarrelativistas que emiten radiación de Cherenkov al atravesar el hielo del Polo Sur. Gracias a ello puede detectar neutrinos ultraenergéticos, pero también monopolos magnéticos con velocidad mayor del 50% de la velocidad de luz en el vacío. Los nuevos límites de exclusión para la región 0,51 c < v < 0,81 c son mejores que los obtenidos con otros detectores de radiación Cherenkov como ANTARES o MACRO.

La base Amundsen-Scott, una estación de Estados Unidos en el Polo Sur, es también la sede del ‘data center’ más remoto del mundo: el del centro de astrofísica y particulas IceCube, de la Universidad de Wisconsin. Está situado sobre un glaciar de tres kilómetros de espesor, tiene 1.200 núcleos de computación, guarda hasta 3 ‘petabytes’ (que son 1024 ‘terabytes’ que son 1024 ‘gigabytes’) y su misión requiere tal nivel de fiabilidad que pocos centros de procesamiento de datos del mundo pueden proporcionarla.

Un total de 28 neutrinos, esas partículas elementales abundantísimas en el universo pero que apenas se dejan detectar por lo poco que interaccionan con la materia, constituyen el primer triunfo científico del peculiar telescopio IceCube, incrustado literalmente en el hielo supertransparente del Polo Sur.

El experimento IceCube, formado por 86 detectores hundidos a un kilómetro de profundidad en el Polo Sur, ha captado dos neutrinos de alta energía que, probablemente, proceden del exterior de la Vía Láctea, según ha determinado un estudio llevado a cabo por el equipo de este proyecto y que ha sido publicado en 'Nature'. Traducción en #1

Todavía es un resultado preliminar, pero todo indica que IceCube ha logrado observar dos neutrinos electrónicos con una energía superior a 1 PeV (peta-electrón-voltio), uno el 9 de agosto de 2011 y otro el 3 de enero de 2012, tras 673 días de observación entre 2010 y 2012. Todo indica que se trata de neutrinos de origen cósmico. Este resultado es importante porque durante los primeros 333 días de observación, entre 2008 y 2009, no se observó ninguno, cuando todo el mundo esperaba que así fuera, lo que llegó a llamar el misterio de los neutrinos

A pesar de que los rayos cósmicos fueron descubiertos hace 100 años, su origen sigue siendo uno de los misterios más perdurables de la física. Ahora, el observatorio de neutrinos IceCube, un detector masivo situado en la Antártida, ha logrado obtener datos que desafían una de las dos teorías que existen actualmente sobre el origen de estos rayos.

Otro estudio, esta vez basado en datos experimentales procedentes de IceCube, niega la posibilidad de que existan neutrinos superlumínicos.

IceCube es el mayor telescopio de neutrinos del mundo, pero estas partículas atraviesan la materia como si ésta fuese transparente y por lo tanto son invisibles para los instrumentos. Por suerte, algunos neutrinos se convierten en electrones, muones o tauones cuando colisionan con las moléculas de la atmósfera terrestre.

Carl Sagan afirmó que “la ausencia de evidencia no es evidencia de la ausencia”. IceCube es el primer telescopio de neutrinos capaz de detectar los que tienen una energía entre 1 TeV y 1 PeV, y su instalación se finalizó en diciembre de 2010. Ningún físico teórico especialista en GRBs, ni ningún miembro de la Colaboración IceCube podía soñar, ni en sus peores pesadillas, que tras un año de operación de IceCube no se detectara ningún neutrino cósmico.

Para hacerse una idea de lo que estamos hablando, conviene echarle un ojo al gráfico y ver la comparativa de la profundidad a la que están enterrados los componentes del observatorio. Después de casi una década de trabajos, las obras de construcción del mayor observatorio de neutrinos del planeta, el IceCube, terminaron el pasado sábado 18 de diciembre con la introducción de los últimos 86 cables con fotodetectores sensibles hasta una profundidad de dos kilómetros y medio bajo el hielo antártico.

Uno de los problemas del observatorio IceCube para la detección de neutrinos es que el telescopio está siendo bombardeado constantemente por otras partículas. Rasha Abbasi detectó un exceso de rayos cósmicos en una parte del cielo en el hemisferio sur de la Tierra. Un sesgo similar, llamado "anisotropía", fue detectado en el hemisferio norte pero su origen todavía es un misterio... En español: axxon.com.ar/noticias/2010/07/observatorio-icecube-en-el-polo-sur-obse

A veces un experimento construido para un fin determinado puede acabar siendo clave en campos relativamente apartados de su labor de investigación. El observatorio de neutrinos IceCube es una matriz de fotodetectores dispuesta desde la superficie hasta más de un kilómetro de profundidad bajo el hielo en el Polo Sur que capta muones para determinar la dirección de los neutrinos. Pero la tasa de muones de fondo está fuertemente relacionada con la temperatura de la capa de ozono, por lo que IceCube ha funcionado como un termómetro gigante.

Instalación de un datacenter en Chicago usando contenedores de trailer. El interior del contenedor puede verse en este otro vídeo: www.sgi.com/company_info/media/icecube/icecube_news.html