Este artículo se publica en colaboración con The Conversation.
Estar en el Polo Sur es lo más parecido a estar en otro planeta. Si uno camina a unas cuantas yardas de los edificios que componen la estación de investigación de la National Science Foundation, se ve una llanura de nieve y hielo sin rasgos distintivos, probablemente vacía de seres vivos más grandes que los microbios en cientos de millas a la redonda. Sin nada más que nieve en la que puedan rebotar las ondas sonoras, reina un silencio inquietante. Es fácil perderse en ensoñaciones contemplando el paisaje desolado. Pero entonces uno recuerda que está aquí por un motivo: trabajar en lo que quizá sea el telescopio más extraño del mundo, en busca de algunas de las partículas subatómicas más misteriosas de la naturaleza.
Cada segundo, más de 10.000 partículas de alta energía – protones y núcleos atómicos – llueven sobre cada metro cuadrado de la atmósfera terrestre. Algunas transportan más de un millón de veces la energía de los protones del acelerador de partículas más potente del CERN, el Gran Colisionador de Hadrones. Afortunadamente, la atmósfera absorbe la mayoría de ellas, pero unas pocas partículas errantes atraviesan el cuerpo de cada persona cada segundo; por eso las tripulaciones de las aerolíneas intercontinentales están clasificadas como trabajadores de radiación.
Los científicos descubrieron estas partículas, conocidas como rayos cósmicos, hace más de un siglo, antes de la teoría de la relatividad general de Einstein o el modelo mecánico cuántico de Bohr del átomo. Pero incluso hoy, a pesar de media docena de premios Nobel concedidos por investigaciones relacionadas con los rayos cósmicos, seguimos sin saber con certeza de dónde proceden estas partículas. Los campos magnéticos que llenan el universo desvían los rayos cósmicos en su trayecto hacia la Tierra, de modo que la dirección en la que viajan cuando llegan a nosotros no nos dice dónde se produjeron originalmente.
Los neutrinos dan pistas sobre el origen de los rayos cósmicos
Formo parte de un equipo internacional de científicos que construyó un tipo de telescopio poco habitual para buscar las fuentes de los rayos cósmicos. Como los propios rayos cósmicos no apuntan hacia sus fuentes, buscamos en cambio neutrinos, un tipo de partícula subatómica que debería producirse como subproducto de la aceleración de rayos cósmicos, dondequiera que se produzca. (El mismo proceso tiene lugar cuando los rayos cósmicos chocan con nuestra atmósfera; estos neutrinos «atmosféricos» sirvieron para descubrir las oscilaciones de neutrinos en uno de los dos experimentos galardonados con el Premio Nobel de Física de 2015.)
Los neutrinos son muy extraños – se les ha llamado «partículas fantasma». Interactúan muy raramente con otra materia, por lo que para verlos se necesita un detector muy grande. Nuestro telescopio se llama IceCube, porque utilizamos un kilómetro cúbico –mil millones de toneladas– del manto de hielo antártico para capturar neutrinos.
La mayoría de los neutrinos atraviesan IceCube sin ser vistos, pero por azar algunos de ellos chocarán con un protón o un neutrón del hielo, liberando una lluvia de partículas relativistas que podemos ver. Midiendo el número y la dirección de estas partículas visibles, podemos determinar de dónde procedía el neutrino original, su energía y su tipo o «sabor». Uno a uno, vamos construyendo una imagen del cielo tal como brilla en neutrinos, en lugar de en luz estelar.
La Antártida puede no parecer el lugar evidente para construir un telescopio de este tipo, pero en realidad es el lugar más sencillo y económico para hacerlo. Estados Unidos mantiene una instalación científica en el Polo Sur, que alberga otros experimentos además de IceCube. Lo más importante para nosotros es que la estación del Polo Sur se encuentra sobre casi tres kilómetros del hielo más puro y transparente del mundo: un blanco perfecto para neutrinos, a la espera de ser utilizado.
Bueno para la ciencia, difícil para las personas
Pero «más fácil» no es lo mismo que «fácil»: el Polo Sur es un lugar difícil para trabajar. Llegar al polo desde Estados Unidos puede llevar una semana o más. El último tramo del viaje se realiza en un avión de carga C-130 especial, equipado con esquíes y operado por la Air National Guard, que aterriza en una pista de nieve compactada. Estas aeronaves solo pueden llegar al polo durante cuatro meses al año: a mediados del verano austral (enero, en el hemisferio sur), la temperatura media es un templado -15 grados Fahrenheit (-26 grados Celsius), pero en marzo las temperaturas han descendido a -50 °F (-45 °C), demasiado frío para que los C-130 puedan operar. Concentramos nuestro trabajo en esos meses de verano y luego dejamos IceCube en manos de dos científicos resistentes que pasan el invierno allí. Nuestros «invernantes» forman parte de un equipo de 45 personas que permanecen en la estación durante el resto del año, aisladas del resto del mundo durante ocho meses, salvo por las comunicaciones por internet y radio.
En verano, la población de la estación aumenta hasta unas 150 personas. El Polo Sur es un desierto de gran altitud, así que el aire es escaso y muy, muy seco. Pero el frío no es lo más duro de trabajar en el Polo Sur, al menos en verano. Lo más extraño, al menos para mí, es la luz solar constante. En el Polo Sur, el sol permanece sobre el horizonte durante seis meses, dando vueltas y descendiendo lentamente en espiral hasta ponerse en el equinoccio de otoño. Después, los invernantes disfrutan de seis meses de oscuridad constante hasta el amanecer de la primavera. Esto altera gravemente los ritmos circadianos; me he despertado y he visto que el reloj marcaba las 3:00, sin saber si era am o pm, ni si había dormido cuatro horas o dieciséis.
Pese a ser uno de los lugares más aislados de la Tierra, la estación también está muy abarrotada en verano. Calentar los edificios consume mucho combustible caro, por lo que el espacio es muy valioso y, huelga decirlo, la mayoría trabajamos en interiores. También se necesita combustible para derretir agua, por lo que las duchas están racionadas a dos minutos de agua corriente dos veces por semana, lo que contribuye al ambiente de trabajo singular del Polo Sur.
Empiezan a llegar los resultados
Tras siete años de trabajo, IceCube quedó completamente puesto en funcionamiento en 2011, según lo previsto y dentro del presupuesto. Coordinar los esfuerzos de unos 250 científicos de todo el mundo fue otro reto, y eso fue solo el principio. La mayoría de los nuevos telescopios se validan observando fuentes conocidas: estrellas, púlsares, galaxias de radio. Pero no existen fuentes conocidas de neutrinos de alta energía –IceCube abre una ventana completamente nueva al universo–, así que tuvimos que convencernos a nosotros mismos y al resto de la comunidad científica de que sabíamos lo que estábamos viendo.
Dos años después de que IceCube quedara terminado, nosotros anunciamos que habíamos identificado nuestros dos primeros neutrinos procedentes de fuera del sistema solar: las primeras entradas de nuestro mapa del cielo de neutrinos. (Los bautizamos como Bert y Ernie.) El año pasado registramos el neutrino de mayor energía jamás observado: 1.000 veces la energía de los protones acelerados en el CERN.
Hay un debate fascinante en la comunidad científica sobre el origen de estos neutrinos, sobre si alguno de ellos podría producirse en nuestra propia galaxia o incluso estar relacionado con nuevas partículas exóticas como la materia oscura. A medida que recopilamos más datos, esperamos que nos depare nuevos descubrimientos apasionantes.
La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Tyce DeYoung es profesor asociado de Física y Astronomía en la Universidad Estatal de Míchigan.
Imagen: pingüinos adelia caminan sobre el hielo en Cape Denison, Commonwealth Bay, Antártida Oriental. REUTERS/Pauline Askin.
