Si las medidas de contención del brote de COVID-19 lo hacen sentir tan aislado como un astronauta, apenas atado al mundo por el cordón umbilical de una pantalla, a lo mejor le puede reconfortar saber que en este momento hay humanos que continúan con sus labores en la desolación del Polo Sur. Es abril, y para los 42 habitantes de la Estación Amundsen-Scott no hay amanecer ni atardecer. En una continua noche, solamente los acompañan la Luna y el brillo rojizo del Sol bajo el horizonte, que desaparecerá en unas semanas para dejar una profunda oscuridad. A 2.800 metros sobre el nivel del mar, para ellos una temperatura de 30 grados centígrados bajo cero en el pronóstico del clima puede llamarse un día cálido.
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Hasta la fecha no se han reportado infecciones de COVID-19 en el continente antártico y para ellos el trabajo no se detiene. La mayoría de los habitantes del Polo Sur en este instante son científicos. Hay especialistas en glaciares, meteorólogos, geofísicos, investigadores de física atmosférica y estudios biomédicos, astrónomos y físicos. Dos de ellos son los encargados de mantener la operación de IceCube, un observatorio compuesto por miles de detectores ubicados bajo el hielo antártico, distribuidos en un volumen de un kilómetro cúbico. Su objetivo: medir unas de las partículas más elusivas y curiosas que existen en el universo, los neutrinos.
Los neutrinos son un tipo de partícula subatómica (más pequeños que un átomo) predicha en 1930 por Wolfgang Pauli, uno de los pesos pesados de la mecánica cuántica. Fueron observados experimentalmente por primera vez en 1956, cuando un equipo del Laboratorio de Los Álamos (el mismo en donde se desarrolló la bomba nuclear de los EE.UU. durante la Segunda Guerra Mundial) usó una serie de detectores que producen luz cuando un neutrino los atraviesa: los llamados centelladores. Los científicos de IceCube usan el hielo como material centellador y los sensores que mantienen bajo el hielo intentan registrar los tenues destellos de luz provocados por algunos de los miles de millones de neutrinos que llegan a la Tierra cada segundo.
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Los experimentos para observar neutrinos son, por sus dimensiones y complejidad, unos de los montajes científicos más alucinantes de la física. Está, por ejemplo, el Sudbury Neutrino Observatory (SNO), ubicado a más de dos mil metros bajo tierra, en una mina en Canadá o el Super-Kamiokande, con su tanque de 50.000 toneladas de agua ultrapurificada, a mil metros de profundidad, en Japón. Los neutrinos no tienen carga eléctrica y no interactúan con la materia. Pero cuando reaccionan con las moléculas de agua, generan electrones y otras partículas similares que sí tienen carga. Cuando una de estas partículas cargadas viajan a través del agua o del hielo a una velocidad mayor a la velocidad de la luz en ese medio (ojo, la luz se mueve más despacio a través de la materia que en el vacío), produce una onda de choque como la producida por una lancha que cruza un lago: el efecto Cherenkov. Pero esta onda es de luz y se registra en tubos fotomultiplicadores, un tipo de sensor que convierte la luz en señales eléctricas que, en últimas, es lo que registran los físicos en sus computadores.
Pasar el tiempo estudiando unas partículas rarísimas en el Polo Sur o en una mina no suena muy glamoroso. Pero es una de las herramientas más importantes que tenemos para estudiar no solamente fenómenos como las explosiones de estrellas moribundas, como la registrada en 1987, sino para investigar las leyes fundamentales de la física, en particular la llamada fuerza fundamental débil, que junto a la gravedad, el electromagnetismo y la fuerza nuclear fuerte constituyen lo que hasta ahora pensamos que son las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza.
Viviendo un día normal en la Tierra, casi todas sus acciones pueden explicarse usando exclusivamente la gravedad y el electromagnetismo. La Tierra lo hala hacia su centro y por eso usted sabe la diferencia entre arriba y abajo, y cuando toca algo está experimentando la fuerza de repulsión electromagnética entre las partículas cargadas de su piel y del objeto que está sintiendo. Pero no se engañe, la fuerza nuclear fuerte mantiene unidos los núcleos de los átomos, y sin ella no existiría la materia que compone todo lo que lo rodea. La fuerza fundamental débil es responsable del decaimiento nuclear que transforma unos elementos químicos en otros; es decir, permite que existan los materiales de los que estamos hechos usted y yo. Los neutrinos son las partículas que nos permiten entender cómo funciona la fuerza fundamental débil.
IceCube está diseñado para estudiar los sucesos cataclísmicos en el universo que pueden generar ráfagas de neutrinos y, al detectarlos, estudia la naturaleza de la fuerza fundamental débil. Puede detectar neutrinos con energías de más de cien millones de veces la necesaria para romper un átomo de hidrógeno. Como la probabilidad de que un neutrino con una energía muy alta interactúe con la materia es muy baja, se necesita un gran volumen para detectarlo y IceCube es el detector de neutrinos más grande del mundo. Piénselo como si el neutrino fuese un paquete de rollos de papel higiénico durante las primeras fases de la pandemia, para encontrarlo hace falta buscar en muchos supermercados.
Por cada neutrino súper energético medido por Anita, IceCube debió haber medido cientos de eventos más, los primos del medido por Anita, pero que perdieron energía. Los análisis han descartado errores sistemáticos en las observaciones y, si son reales, explicarlos presenta un desafío serio al modelo estándar de la física de partículas, la teoría que describe las fuerzas fundamentales de universo (con excepción de la gravedad) y clasifica las partículas elementales que componen la materia en el universo.
Por eso los científicos de IceCube actualmente en el Polo Sur mantienen sus detectores afinados en búsqueda de las ráfagas de neutrinos atravesando la Tierra que puedan explicar las misteriosas mediciones de Anita. Mientras esperan el próximo amanecer, que no llegará hasta finales de septiembre, mantienen un ojo en el universo y el otro en las noticias del mundo que les llegan a través del limitado ancho de banda que los conecta con la humanidad. Esperan una sorpresa del universo. Esperan que los que estamos en los demás continentes estemos bien. Y probablemente esperan que la escasez de papel higiénico apenas sea una anécdota útil para explicar física de partículas en un momento en el que todos debemos estar cuidándonos los unos a los otros.
*Astrofísico, Instituto Max Planck.
Por Juan Diego Soler
