Convirtió un kilómetro cúbico de hielo del Polo Sur en un telescopio que atrapa partículas del espacio profundo.
- Los neutrinos viajan en línea recta desde los lugares más violentos del universo, pero casi nunca chocan con nada.
- Halzen propuso enterrar sensores de luz en lo profundo del hielo antártico para captar el raro destello que se produce cuando uno sí choca.
- IceCube, terminado en 2011, encontró los primeros neutrinos de alta energía procedentes de muy lejos de nuestro sistema solar.
El problema de antes
El espacio contiene aceleradores de partículas naturales que disparan partículas con hasta un millón de veces más energía de la que puede alcanzar cualquier laboratorio en la Tierra. Mucho sobre estas fuentes era un misterio, incluso qué eran y dónde estaban.
Las partículas con carga que nos envían se desvían por los campos magnéticos en el camino, así que su dirección no dice nada. Además, el polvo puede bloquear la luz. Los neutrinos viajan en línea recta y atraviesan el polvo, pero son tan difíciles de atrapar que ningún detector era lo bastante grande para ver los raros neutrinos de alta energía del espacio profundo.
Cómo funciona
Imagine un solo neutrino de alta energía producido cerca de un agujero negro gigante en una galaxia lejana, uno de los lugares que los científicos sospechan. Cruza el espacio en línea recta, sin que los campos magnéticos lo desvíen ni el polvo lo bloquee, y puede incluso atravesar la Tierra entera. Dentro de IceCube, entre 1.450 y 2.450 metros bajo la superficie, tiene una probabilidad mínima de chocar con un núcleo atómico del hielo.
Si choca, produce una partícula con carga que atraviesa el hielo a gran velocidad y emite un tenue cono de luz azul. En el hielo más transparente, la luz puede recorrer unos 200 metros antes de ser absorbida, así que muchos sensores la captan. El momento en que llega a cada sensor revela la dirección del neutrino, y la cantidad de luz revela su energía.
La atmósfera también produce neutrinos, así que un solo evento rara vez prueba algo. Los científicos reúnen muchos eventos y comprueban si sus energías corresponden a una fuente cósmica y no a la atmósfera.
La estela de un barco de noche
Imagine un lago oscuro cubierto de sensores de movimiento y un barco que no se puede ver. No es posible distinguir el barco, pero su estela se abre en forma de cono, y los sensores registran el momento en que la estela llega a cada uno. Con esos tiempos se puede deducir hacia dónde iba el barco. En IceCube, el raro neutrino que choca con un átomo produce una partícula con carga. Esa partícula deja en el hielo un cono de luz azul que los sensores cronometran de la misma manera. La analogía falla en un punto: el neutrino en sí no deja ninguna estela, y casi todos los neutrinos atraviesan el detector entero sin dejar rastro.
- Inició un nuevo tipo de astronomía: observar el universo de alta energía con neutrinos, además de con luz.
- IceCube mostró un flujo constante de neutrinos cósmicos que alcanzan energías de un petaelectronvoltio, muy por encima de lo que alcanza el Gran Colisionador de Hadrones.
- Encontró los primeros neutrinos que apuntan a galaxias concretas: TXS 0506+056 en 2017, y NGC 1068, a 46 millones de años luz, en 2022. Ninguna es todavía una fuente confirmada.
- En 2026, con 12 años de datos, IceCube confirmó la Vía Láctea como fuente de neutrinos de alta energía al nivel que los físicos llaman un descubrimiento.
- El método se extendió: se están desarrollando telescopios similares en el Mediterráneo, el lago Baikal, el mar de la China Meridional y frente a la costa de Canadá. Además, se planea IceCube-Gen2, de ocho kilómetros cúbicos.
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Enterró sensores de luz en lo profundo del hielo del Polo Sur para atrapar partículas fantasma de galaxias lejanas, y funcionó.
A un niño
Algunas partículas diminutas que vienen del espacio atraviesan toda la Tierra sin chocar con nada. Un científico llamado Francis Halzen puso miles de detectores de luz en lo profundo del hielo del Polo Sur. Cuando una de estas partículas choca con el hielo, produce un pequeño destello de luz azul, y los detectores lo captan.
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Los neutrinos son partículas que atraviesan casi todo, incluso la Tierra entera. Eso los convierte en mensajeros perfectos de lugares violentos del espacio profundo, pero casi imposibles de atrapar. Francis Halzen se dio cuenta de que el hielo transparente del Polo Sur podía servir como un detector gigante. Dirigió al equipo que llenó un kilómetro cúbico de ese hielo con sensores de luz. En 2013, IceCube presentó las primeras pruebas de neutrinos de alta energía procedentes de muy lejos de nuestro sistema solar.
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El universo tiene aceleradores de partículas naturales, posiblemente incluidas las zonas alrededor de agujeros negros gigantes, mucho más potentes que cualquier cosa que podamos construir. Queremos saber qué son, pero la mayor parte de lo que nos envían se desvía o se bloquea en el camino. Los neutrinos son diferentes. Viajan en línea recta y atraviesan el polvo, los planetas y también a las personas. El problema es que casi nunca chocan con nada, así que hace falta un detector enorme. La idea de Halzen, ya en 1988, fue usar el hielo bajo el Polo Sur. Los equipos perforaron agujeros con agua caliente y bajaron 5.160 sensores de luz en 86 cables, hasta unos dos kilómetros y medio de profundidad. Piense en un barco de noche que no se puede ver, pero cuya estela se puede seguir con sensores sobre el agua. Cuando, en raras ocasiones, un neutrino choca con un átomo del hielo, produce una partícula que deja un cono de luz azul. Los sensores cronometran esa luz para deducir de dónde vino el neutrino. En 2017, un neutrino apuntó directamente a una galaxia en plena fulguración llamada TXS 0506+056, y telescopios de todo el mundo se giraron para observarla. Es una nueva forma de ver el cielo.
- Neutrino
- Una partícula diminuta sin carga y casi sin masa que atraviesa casi todo.
- Rayos cósmicos
- Partículas con carga, sobre todo protones, que llegan a la Tierra desde el espacio, a veces con una energía enorme.
- Luz de Cherenkov
- Tenue luz azul que emite una partícula con carga cuando se mueve más rápido de lo que puede moverse la luz en el hielo.
- Módulo óptico
- Un sensor de IceCube: un detector de luz y su electrónica dentro de una esfera de vidrio de unos 35 cm de ancho.
- PeV (petaelectronvoltio)
- Una unidad de energía de partículas, más de cien veces la energía que el LHC da a un protón.
- Blazar
- Una galaxia con un agujero negro gigante cuyo chorro de partículas apunta casi directamente a la Tierra.
- Astronomía multimensajero
- Estudiar un mismo evento cósmico con varias señales a la vez, como la luz y los neutrinos.
Sources, reader versions and the quiz are on the English page.