IceCube, el telescopio que no apunta hacia las estrellas

IceCube, el telescopio que no apunta hacia las estrellas

Este observatorio de Neutrinos  estudia estas partículas subatómicas, unas de las más desconocidas.

IceCube

Los detectores del IceCube que se encuentran bajo la capa de hielo.

Foto:

Cortesía National Science Foundation

21 de julio 2018 , 11:22 p.m.

Es difícil capturar con palabras la tormenta de sensaciones y emociones que produce llegar a esta mística región del planeta. Plano como una mesa de mármol y prístino como el hielo virgen, el Polo Sur es el lugar más apto del mundo para estudiar la estructura del universo. Su altura de 2.700 metros sobre el nivel del mar fue adquirida no por rocas, sino por capas de hielo pacientemente depositadas cada año por nieve que nunca se derrite y se compacta hasta tener la consistencia del concreto y la pureza del diamante.

Esta última característica es la razón de ser del extravagante edificio que tengo enfrente. El Observatorio de Neutrinos IceCube parece directamente salido de un filme futurístico de los años sesenta. Pero la estructura de dos pisos rematada con cilindros blancos es tan solo el puesto de control del verdadero instrumento, que no se ve. En efecto, IceCube es un telescopio que no apunta hacia las estrellas sino que está inmerso bajo el hielo, ocupando un volumen de un kilómetro cúbico, de ahí su nombre ‘cubo de hielo’.

Su misión es leer las señales luminosas que dejan las elusivas partículas subatómicas llamadas neutrinos al pasar por entre el cristalino corazón de los átomos de hielo. No obstante ser de las más comunes, los neutrinos están entre las partículas menos entendidas del cosmos, desde que fueran directamente detectadas en 1956. Hace poco se descubrió que tienen una ínfima cantidad de masa, y eso fue lo suficientemente importante como para recibir un premio Nobel. La inmensa mayoría de estas fascinantes partículas nos llegan provenientes de nuestro propio vecindario galáctico y de nuestra propia estrella.

Pero existen otros neutrinos más raros que vienen desde el borde distante del universo a brutales velocidades. Son como bolas lanzadas por un tenista cósmico con una fuerza increíble. Como no tienen una carga eléctrica, nada es capaz de desviarlos de su rumbo. Ellos viajan en línea recta sin meterse con nadie. Por eso siguen derecho a través de estrellas, galaxias, rocas espaciales o polvo interestelar como si ninguno de estos existiera. No obstante, a veces interactúan débilmente con otras formas de materia, por lo que se los ha podido detectar.

Si la Tierra se interpone en su camino, ellos traspasan el interior del planeta como balas a través de un trozo de mantequilla. Afortunadamente para nosotros, las frenéticas partículas son livianísimas –mucho más que un átomo– y sus presencia es tan etérea, casi fantasmal, que no alcanzan a hacer daño alguno. Pero, en cambio, están llenas de jugosa información acerca de lugares inaccesibles sobre los cuales aún no sabemos nada, como el comienzo de los tiempos o regiones opacas a la luz donde nuestros instrumentos de diagnóstico (rayos X, radio visible, infrarrojo) quedan ciegos.

Están llenas de información acerca de lugares inaccesibles sobre los cuales aún no sabemos nada, como el comienzo de los tiempos o regiones sin luz donde los instrumentos de diagnóstico quedan ciegos

En ese sentido, atrapar el rastro de uno de estos neutrinos extraveloces es como hallar un pequeño zafiro en medio de una playa de arena. Pero el truco verdadero es saber exactamente de dónde proviene esa partícula, quién es el gran bateador allá en la lejanía: IceCube fue construido para eso.

La inversión de casi 280 millones de dólares se vio retribuida la semana pasada con el anuncio de la detección, en septiembre del 2011, del primer neutrino de fuera de nuestra Vía Láctea que reveló su punto de origen: el agujero negro de una galaxia ubicada a 3,7 mil millones de años luz de nosotros.

La importancia de este hallazgo, que mereció la portada de la revista Science, es que podríamos estar viendo el comienzo de una nueva forma de astronomía; un nuevo par de gafas con las cuales leer nuestro aún desconocido mundo natural.

El ‘dedo caliente’

Más allá de la ciencia, la parte alucinante de la física experimental de neutrinos es la ingeniería del telescopio IceCube, el detector de estas partículas más grande del mundo. El esfuerzo abarca a 300 científicos de 49 instituciones en 12 países: la forma usual de hacer big science por estos días.

El observatorio consiste en 86 agujeros de 2.450 metros de profundidad y el ancho de una persona, taladrados en el hielo con una broca que inyecta agua caliente. Dentro de cada agujero hay 60 sofisticadas bolas de vidrio algo más grandes que un balón de baloncesto atiborradas de sensores electrónicos.

Cada una está anudada a intervalos de 17 metros en un cable que cuelga verticalmente hasta abajo, como si fuera el collar de perlas de alguna giganta. Los 86 rosarios forman densas cortinas de obstáculos para las partículas que atraviesan el planeta. Es como tender una red de mariposas para fantasmas.

Los neutrinos no se pueden observar directamente, pero cuando interactúan con las moléculas de agua en el hielo, producen otras partículas secundarias que emiten un destello azul con el bello nombre de luz Cherenkov. El evento es tan fugaz que su duración se mide en nanosegundos. Pero eso es suficiente para exprimirles montañas de información, incluyendo la exacta dirección de donde vienen y la energía con la que viajan.

Durante el momento de mi visita, hace unos cuantos años, IceCube estaba aún en plena construcción. No ha sido fácil. Aquí, en el punto más frío del mundo, los cables elásticos estallan, las baterías mueren en minutos, el caucho se pulveriza, los clavos se niegan a penetrar en la madera, la cinta aislante no pega, el corazón de la maquinaria deja de latir y las herramientas de acero se parten como galletas, enviando metralla en todas direcciones.

Tampoco les es fácil a los obreros: para combatir el frío debilitante, ellos deben consumir un mínimo de 5.000 a 6.000 calorías diarias, y de alguna manera logran perder hasta ocho kilos por temporada.

Los neutrinos no se pueden observar directamente, pero cuando interactúan con las moléculas de agua en el hielo, producen otras partículas secundarias que emiten un destello azul

Esa mañana, la temperatura exterior era de –33 grados centígrados al bajar del vehículo que me transportó el corto trayecto desde la estación de investigaciones Amundsen–Scott. Bob Paulos, ingeniero de la Universidad de Wisconsin Madison, y el afable director de la obra, me puso un casco blanco en la cabeza y me invitó a pasar a un pequeño refugio donde se estaba taladrando uno de los agujeros con el ‘dedo caliente’.

“¿Ve este hueco? Es el número nueve de 86. Estamos llegando a los 1.450 metros de profundidad”, explicó, haciendo bailar las cejas cubiertas de hielo. “De ahí para abajo comenzaremos a enterrar los detectores porque es donde el hielo es más perfecto y sin burbujas. Pero allá abajo la presión es aplastante. Tuvimos que fabricar un vidrio muy resistente para proteger cada módulo”.

Ese fue solo uno de los retos que Paulos tenía entre manos. Otro era la carrera contra el tiempo. “Hay que trabajar rápidamente porque no queremos que se congele el agua dentro del agujero cuando todavía estamos excavándolo y antes de colocar la ristra de sensores. ¡O sea que nada de comenzar a taladrar, irse a dormir y volver mañana! Agujero que se comienza es agujero que se termina en un solo empuje de 30 horas”.

IceCube se construyó en un período de seis veranos antárticos y la maquinaria requirió 30 vuelos en avión de carga Hércules. Finalmente había que garantizar que los agujeros taladrados fueran perfectamente verticales. Porque si los huecos terminaban acostados o culebreando en varias direcciones, el observatorio sería inútil.

“He hecho algo terrible. He postulado una partícula que no se puede detectar”, dijo el físico Wolfgang Pauli al concebir la existencia del neutrino en 1930. Me pregunto qué cara pondría al pararse hoy frente a este extraño edificio en el extremo blanco del planeta, erigido solo para llevarle la contraria.

Ángela Posada-Swafford
*Experta en temas de ciencia
Especial para El Tiempo @swaforini

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