Paso a través de la gente
Como el fantasma de Canterville.
Charly García
Cada segundo, de día y de noche, miles de millones de neutrinos atraviesan la uña de tu dedo índice, provenientes de las reacciones nucleares en el centro del Sol. Los neutrinos son las partículas elementales más raras que conocemos, al menos hasta que detectemos las de materia oscura. Su existencia fue conjeturada por Wolfgang Pauli en 1930, por la pura fuerza de su imaginación, para explicar un tipo de radiactividad. «He hecho algo terrible», dijo, «postulé una partícula que no se puede detectar». Pauli apostó una caja de champagne a que nadie nunca vería un neutrino, pero 26 años después los primeros neutrinos fueron observados por Reines y Cowan en un reactor nuclear. De acuerdo a Fred Reines, le mandaron un telegrama a Pauli para informarle del descubrimiento. Pauli lo recibió en medio de un Simposio en el CERN de Ginebra, interrumpió la conferencia, mandó comprar una caja de champagne y se lo tomó con el grupo de físicos teóricos. ¡No se lo mandó a Reines y Cowan! Sólo les respondió el telegrama diciendo: «Todo llega al que sabe esperar.» Reines recibió el premio Nobel en 1995, ¡39 años más tarde!
En la década de 1970 los neutrinos encontraron un lugar en el sistema de partículas elementales llamado Modelo Estándar, reteniendo buena parte de su misterio mientras revelaban su física de a poquito. En 1989 me senté junto a Leo Lederman en los grandes sillones de cuero negro del antiguo hall del Hotel Sol (donde ahora está Rapa Nui). El año anterior, Lederman había ganado el premio Nobel por descubrir un nuevo tipo de neutrino. Charlamos un poco de todo, y me describió lo que él llamaba el "principio democrático de la naturaleza": todo lo que no está prohibido es obligatorio. En la década de 1980, lo que no estaba prohibido era que los protones espontáneamente se convirtieran en neutrones, emitiendo un neutrino. Serían eventos infrecuentes (después de todo, la materia es estable), y encima los neutrinos tienen su particularidad de interactuar muy muy poquito con la materia, así que para tratar de observarlos se construyeron experimentos gigantes, instalados en minas profundas para aislarlos de los rayos cósmicos, con miles de toneladas de agua rodeadas de cientos de fotodetectores para intentar pescar a un protón emitiendo un neutrino, produciendo una chispita de luz azul de Cherenkov. No vieron nada. Nada. Niente. Los protones son tan estables como predice el modelo estándar. Pero de golpe, el 24 de febrero de 1987, los observatorios de neutrinos detectaron un pulso inesperado: neutrinos que llegaron de una explosión de supernova en otra galaxia (que llevó al premio Nobel de 2002). ¡Ajá, se podían usar los observatorios de neutrinos para estudiar fenómenos astrofísicos! Se empezaron a observar regularmente los neutrinos que vienen del núcleo del Sol, que resultaron en un nuevo misterio y que con las décadas llevaron al premio Nobel de 2015, por descubrir una clave para su resolución. La imagen de arriba es una "foto" del Sol hecha en neutrinos por el observatorio Super-Kamiokande, bajo un kilómetro de roca, y mirando a través de la Tierra. Los neutrinos son una locura.
En 1988, Francis Halzen, que acaba de ganar el premio Nobel de Física 2026 (los neutrinos son máquinas de Nobels, parece), tuvo una idea bizarra. Estaba claro que los grandes tanques de agua rodeados de fotomultiplicadores servían para estudiar el universo en neutrinos, pero resultaban un poco chicos, porque los neutrinos se niegan a interactuar con la materia ordinaria. Se necesitaba más agua, y más fotomultiplicadores. A Halzen se le ocurrió que se podía usar una gran masa de agua natural: un glaciar, enorme, transparente y relativamente estable, con los detectores embebidos en el medio. Halzen se convirtió en el motor detrás de esta idea, organizó una inmensa colaboración con cientos de científicos de muchos países, y la llevó a cabo con éxito en un proceso de décadas, que esta semana reconoce la Academia de Ciencias de Suecia con el nuevo premio. Primero hizo una prueba en Groenlandia, que funcionó. Entonces planificó y organizó la construcción de AMANDA, el primer gran telescopio de neutrinos, en el enorme glaciar de 3000 m de espesor que cubre el Polo Sur. Mi viejo amigo y compinche astronómico, Eduardo Andrés, trabajó más de un año en el polo, en la construcción y puesta en funcionamiento de AMANDA. Fue un gran éxito, y lograron comenzar a observar neutrinos de alta energía originados en fenómenos astrofísicos:
Pero AMANDA fue apenas un prototipo, y Halzen estaba decidido a hacerlo mejor. En 2005 empezaron a construir a su alrededor el sucesor: IceCube, con un kilómetro cúbico de hielo usado como detector, y miles de detectores ópticos embebidos en él.
IceCube se terminó de construir en 2010, pero ya antes estaban midiendo neutrinos y haciendo descubrimientos notables. Me da también mucho gusto que además de Eduardo, mi amiga Geraldina Golup (cuyo trabajo con rayos cósmicos comenté hace poco), estaba trabajando en IceCube cuando comenzaron a detectar neutrinos astrofísicos, y también tiene publicaciones en coautoría con Halzen. Me contó que usó sus datos, combinándolos con las observaciones de los observatorios Auger de Malargüe y Telescope Array, de Utah, tratando de encontrar correlaciones entre los eventos de altas energías detectados con los tres observatorios:
Si bien ese estudio no logró encontrar orígenes comunes de estas fuentes de astropartículas de muy alta energía, en años posteriores IceCube ha empezado a identificar algunas:
NGC 1068, que es el punto más intenso de este gráfico, es la galaxia Messier 77 (en Cetus), una galaxia activa cercana que no forma parte del Concilio de Gigantes que ya hemos mencionado como origen de los rayos cósmicos de ultra alta energía, el trabajo de Geraldina. ¡PKS 1424+240 y TXS 0506+056 son blazars a miles de millones de años luz de nosotros! Dejé intencionalmente parte de la leyenda de la figura para destacar que IceCube, que está instalado en el Polo Sur, mira hacia abajo y observa el cielo del hemisferio norte, a través de toda la Tierra. Los neutrinos son cosa seria.
Durante miles de años, todo lo que sabíamos del universo se lo debimos a la luz que nos llegaba de los fenómenos astronómicos. Eso cambió en el siglo XX, con la radioastronomía y los telescopios espaciales que extendieron la astronomía a todo el espectro electromagnético, y con los rayos cósmicos, que no son radiación sino materia que llega del cosmos. Sigue cambiando en el XXI, con ondas gravitacionales y con los fantasmales neutrinos, que ya se han convertido en uno más de los múltiples mensajeros que podemos estudiar para entender el universo. Ya están en construcción, y en parte operativos, telescopios de neutrinos sumergidos en agua líquida (¿tal vez previendo que los glaciares desaparecerán por completo?), en el Mediterráneo y en el lago Baikal, que se unirán a la creciente colección de detectores de las partículas más raras del universo.
Recomiendo la ceremonia de anuncio del premio, en particular por la encantadora entrevista telefónica a Halzen, con preguntas de los medios de prensa. Insistió varias veces en la suerte que tuvo.
La foto del Sol en neutrinos es de Svoboda and Gordan (APOD 1998). Son 500 días de exposición (para decirlo en términos fotográficos). La foto de Halzen la tomé de una nota de Forbes sobre el premio. El esquema del IceCube es de Andeen and Plum for the IceCube Collaboration (está en Wikipedia).
El gráfico del cielo en eventos de muy alta energía es del paper: IceCube, Pierre Auger and Telescope Array Collaborations, Search for correlations between the arrival directions of IceCube neutrino events and ultrahigh-energy cosmic rays detected by the Pierre Auger Observatory and the Telescope Array, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2016).
El gráfico del cielo en neutrinos es del paper: IceCube Collaboration, Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068, Science (2022).
La ilustración de las distintas partículas de alta energía que nos llegan del universo es de la nota divulgativa del anuncio del Nobel 2026 (texto adaptado al español).
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