El IGFAE coordina el análisis de unos misteriosos eventos procedentes del hielo de la Antártida

Entre los años 2016 y 2018, el experimento ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna), una red de antenas montada en globo sobre la estratosfera de la Antártida, detectó dos misteriosas señales de emisión de radio que despertaron un gran interés en la comunidad científica. Parecían proceder del interior de la Tierra, como si la partícula que las produjo hubiese podido atravesar miles de kilómetros del subsuelo sin interactuar con ninguna otra partícula en su trayecto.

Las características de estas señales electromagnéticas recordaban a las producidas por cascadas o lluvias de partículas generadas en la colisión de partículas altamente energéticas con la atmósfera. Pero, en este caso, estas partículas llegaban desde una dirección contraria a la habitual: en vez de proceder del cielo, venían desde abajo hacia arriba. Esto llevó a proponer que podrían ser neutrinos (partículas casi sin masa, que raramente interactúan con la materia), que atravesaron el planeta y producirían una cascada de partículas al emerger.

Sin embargo, esta explicación pronto encontró problemas. A las energías extremadamente altas que deberían tener los neutrinos para explicar la intensidad de las señales observadas en ANITA, tendrían que ser absorbidos por la Tierra, no podrían simplemente atravesarla. Además, si este tipo de eventos fuesen comunes, tendrían que detectarse también en otros observatorios, como los Observatorios Pierre Auger (situado en Argentina) o IceCube (localizado en la propia Antártida).

En este contexto, la colaboración de Pierre Auger, en la que participa el IGFAE, ha recopilado y analizado los datos observados entre 2004 y 2018 por su red de detectores, que se extiende a lo largo y ancho de 3.000 km2 en la provincia argentina de Mendoza, así como por sus 27 telescopios de luz fluorescente. Los resultados se han publicado recientemente en la revista Physical Review Letters, en un análisis llevado a cabo por la colaboración internacional Pierre Auger, y coliderada por Enrique Zas, investigador del IGFAE y catedrático de la USC. Y a pesar de que se desechan algunas de las hipótesis sobre estas señales, no se ha podido despejar totalmente la incógnita sobre su origen.

En el artículo se descarta que los dos eventos anómalos detectados por ANITA puedan explicarse mediante lluvias de partículas conocidas o interacciones previstas por el Modelo Estándar de la física de partículas. Solo se encontró un evento compatible con estas características, consistente con el esperado debido a imperfecciones en la reconstrucción, pero en un número muy inferior a las decenas de eventos que deberían detectarse si los fenómenos observados por ANITA fueran comunes.

“Hemos demostrado que estos dos eventos anómalos no pueden deberse a lluvias de aire que se desarrollan en la atmósfera en dirección ascendente. Esto descarta la mayoría de las explicaciones basadas en nueva física más allá del Modelo Estándar que se han sugerido. Pero el misterio de estos dos eventos todavía no se ha resuelto”, resume Enrique Zas.

Con las explicaciones más plausibles descartadas, la comunidad científica mira ahora hacia fenómenos menos explorados. “Una posibilidad es que las señales registradas por ANITA no provengan de partículas que atravesaron la Tierra, sino de algún tipo de reflejo anómalo de ondas de radio en el hielo antártico aun no comprendido”, añaden Enrique Zas y Jaime Álvarez-Muñiz, también investigador del IGFAE, que concluyen: “Este tipo de interpretación necesitaría un estudio más detallado de la estructura del hielo antártico y de cómo podrían amplificarse o deformarse las señales en ciertas condiciones”.

El papel del Observatorio Pierre Auger y el IGFAE

En este análisis han tenido especial relevancia los telescopios de fluorescencia del Observatorio Pierre Auger, que captan la luz fluorescente emitida por el nitrógeno atmosférico cuando una lluvia de partículas cruza la atmósfera. Gracias a esta técnica ha sido posible descartar que los eventos detectados por ANITA tuvieran su origen en las lluvias de partículas ascendentes.

El Observatorio Pierre Auger, actualmente en proceso de actualización, continuará siendo clave para explorar estos fenómenos que implican el estudio de las astropartículas. El Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), centro mixto de la USC y la Xunta de Galicia, es uno de los miembros fundadores de esta colaboración, que nació a comienzos del siglo XXI. Actualmente el personal del centro sigue ocupando puestos de alta responsabilidad en la colaboración científica, que implica la cerca de 500 personas de casi un centenar de instituciones de todo el mundo.

Además de Enrique Zas y Jaime Álvarez-Muñiz, firman el artículo los investigadores del IGFAE Juan Ammerman Yebra, Sergio Cabana Freire, Lorenzo Cazón Boado, Marvin Gottowik, Yago Lema Capeáns, Miguel Martins, Gonzalo Parente y Felix Riehn.