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  • 02/10/2018

Física

¿Más allá del modelo estándar en los hielos de la Antártida?

Unas mediciones desacostumbradas efectuadas desde unos globos sobre los hielos antárticos podrían deberse a una partícula elemental desconocida, sostiene un equipo de investigadores. Pero ¿es correcta esa interpretación?

arXiv

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El aparato de medida de ANITA (un conjunto de antenas de radio), que luego vuela elevado por un globo de helio hasta la estratosfera [NASA/Oficina del Programa de Globos]. 

En busca de nuevos fenómenos siguen los físicos muchas huellas, quizá desesperando de que se vaya a presentar alguna vez una nítida desviación con respecto a las leyes de la naturaleza conocidas. Una de esas huellas es particularmente fascinante: un experimento que se realiza en la Antártida, conocido con el acrónimo ANITA, podría haber dado con indicios de un tipo de partícula elemental desconocida hasta ahora. Al menos eso es lo que afirman Derek B. Fox, de la Universidad del Estado de Pensilvania, y sus colaboradores en una prepublicación aparecida en el repositorio de artículos arXiv; no ha sido revisada por pares todavía y otros expertos la han recibido con cautela.

Si la interpretación fuese correcta, las consecuencias serían inmensas. En los últimos años el equipo de ANITA ha estado elevando sobre la Antártida globos cargados de antenas. A 35 kilómetros de altura captan, entre otras huellas, la de la radiación cósmica: partículas y núcleos atómicos muy energéticos procedentes del espacio atraviesan la atmósfera y desencadenan en ella «cascadas» de electrones y positrones que mantienen la trayectoria de la partícula original y se precipitan sobre el suelo.

Señales misteriosas desde el globo terrestre

Las cascadas atmosféricas de partículas de muy alta energía desprenden pulsos de ondas de radio que ANITA puede captar. Cuando el globo dirige los aparatos de medida que penden de él hacia el suelo, los investigadores observan de ordinario señales de cascadas cuyas ondas de radio se reflejan en la superficie terrestre. Dos señales de radio, de los años 2006 y 2014, no encajan, sin embargo, con eso: se trataba de señales no reflejadas, como se discernía por no tener invertida la polaridad con respecto al campo geomagnético, pero eran, sin embargo, ascendentes. El globo, a 35 kilómetros de altura, puede recibir señales de esa naturaleza procedentes del espacio que sean casi rasantes al horizonte. Pero estas partían desde la Tierra: la partícula generadora tenía que haber pasado por ella.

Las causantes, pues, tendrían que ser partículas capaces de atravesar la Tierra. Eso hace pensar inmediatamente en los neutrinos, las fantasmagóricas partículas que pueden pasar por la materia sin apenas ser estorbadas. Sin embargo, las señales anómalas captadas por ANITA corresponden a partículas con una energía extremadamente alta, de un trillón de electrón-voltios (o exaelectronvoltios). Con energías así, hasta los neutrinos interaccionan con los núcleos del interior de la Tierra.

Señales como esas dos observadas por ANITA podrían haber sido causadas, pues, solo (al menos con una probabilidad que no sea bajísima) por neutrinos que apenas si atravesasen la Tierra, que se moviesen casi rasantes a la superficie pero por debajo de ella. No es esto, sin embargo, lo que ANITA observó, ya que los ángulos de salida eran bastante grandes con respecto al suelo. Fox y sus colaboradores concluyen, pues, que es muy improbable que unos neutrinos, u otras partículas conocidas, fuesen el origen de las señales anómalas de radio (los neutrinos ultraenergéticos las generan, vía la creación de partículas cargadas, en medios donde la luz sea más lenta que ellos, como es el caso del hielo de la Antártida).

¿Una partícula supersimétrica?

La inusitada observación se explicaría mejor mediante una hipotética partícula llamada stau, conjeturan estos investigadores. Sería la compañera supersimétrica del leptón tau (esta sí es una partícula bien conocida). La supersimetría es una ampliación de las leyes actuales de las partículas elementales formulada hace decenios.

Si realmente se hubiese captado una partícula supersimétrica en la Antártida, se trataría seguramente de un cambio de época en la física de partículas. Fox y sus colaboradores escriben incluso que unas staus con las propiedades adecuadas se podrían estudiar en el mayor acelerador de partículas del mundo, el LHC de Ginebra. Pero por ahora este no ha encontrado la supersimetría.

Los especialistas discuten desde hace dos años y medio las mediciones desacostumbradas de ANITA. Se preferían explicaciones menos espectaculares; por ejemplo, que se producen reacciones en el hielo antártico. Pero en su artículo el equipo de Fox sostiene ahora que también el enorme observatorio de neutrinos IceCube ha captado de vez en cuando huellas de cascadas inusuales.

La mayoría de los científicos, no obstante, solo creerá en que se ha descubierto algo sensacional cuando ANITA y otros instrumentos de medición detecten más señales inusuales y se hayan descartado todas las causas concebibles de error. Nuevos datos, ya reunidos por el globo, se están analizando en estos momentos., escriben los investigadores en su artículo. Pronto se sabrá si la huella se marcará más o si solo desaparecerá en la arena.

Robert Gast / spektrum.de

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Spektrum der Wissenschaft.

Referencia: «The ANITA Anomalous Events as Signatures of a Beyond Standard Model Particle, and Supporting Observations from IceCube», de Derek B. Fox et al. en arXiv: 1809.09615 [astro-ph.HE].

[2 de octubre de 2018: en los últimos días, dos publicaciones de los científicos de ANITA han recalcado la improbabilidad del origen neutrínico ordinario del primer suceso difícil de explicar y del segundo.]

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