En un avance que amplía las fronteras de la astrofísica, investigadores de la Colaboración Askaryan Radio Array han logrado captar pulsos de radio provenientes de rayos cósmicos al chocar con la capa de hielo de la Antártida. Este descubrimiento, publicado en la revista Physical Review Letters, confirma una técnica experimental que se esperaba desde hace décadas y abre la puerta a la detección de partículas extremadamente energéticas como los neutrinos cósmicos.
Durante 208 días en 2019, los instrumentos del sistema ARA, ubicados en las profundidades del Polo Sur, registraron 13 eventos de señales de radio impulsivas que emergían desde debajo de la superficie helada. Mediante un análisis detallado de la frecuencia, forma de onda y dirección, y con el uso de simulaciones avanzadas, los científicos determinaron que estas señales no podían atribuirse al ruido de fondo. Los equipos estaban enterrados entre 150 y 200 metros bajo el hielo, distribuidos en cinco estaciones a lo largo de dos kilómetros.
La probabilidad de que estos 13 eventos fueran solo interferencias —como las de radares o comunicaciones de la Estación Amundsen-Scott— es menor a una en 3,5 millones. Esto otorga una significancia estadística de 5,1 sigma, muy por encima del umbral necesario para considerar un hallazgo como descubrimiento.
La base teórica de este fenómeno se remonta a 1962, cuando el físico soviético Gurgen Askaryan predijo que partículas de alta energía al atravesar un medio denso generarían una ráfaga de ondas de radio. Este efecto, conocido como radiación askariana, se produce cuando una partícula primaria impacta contra un átomo y desencadena una cascada de partículas secundarias que arrancan electrones, formando un frente de radiación con carga negativa.
Validación de una predicción de hace seis décadas
Aunque la radiación askariana ya se había observado en laboratorio y en el aire, detectarla en el hielo presentaba grandes desafíos. Los entornos polares están llenos de ruido radioeléctrico, y las simulaciones no eran lo suficientemente sofisticadas hasta hace poco. El sistema ARA fue diseñado para superar estos obstáculos, con antenas de radio instaladas en canales perforados profundamente en el hielo. Cada una de las cinco estaciones opera de forma autónoma, maximizando la capacidad de distinguir señales auténticas de rayos cósmicos.
Implicaciones para la caza de neutrinos de ultra alta energía
Según la Colaboración Askaryan Radio Array, la clave está en que tanto los rayos cósmicos como los neutrinos generan radiación askariana en el hielo, por lo que sus señales son prácticamente indistinguibles. Sin embargo, los rayos cósmicos solo penetran las capas superficiales, mientras que los neutrinos pueden atravesar kilómetros de hielo y producir señales más inclinadas. Así, estos datos no solo confirman la viabilidad de la técnica, sino que certifican que el detector es adecuado para buscar neutrinos. El equipo afirma:
“Este resultado confirma que el detector funciona según lo previsto”.
En la práctica, las señales detectadas se originaron cuando centros densos de lluvias de rayos cósmicos casi verticales penetraron los primeros metros del hielo, generando cascadas hacia abajo. La concordancia con las predicciones teóricas fortalece la esperanza de que en el futuro se puedan identificar los esquivos neutrinos cósmicos.
Próximos pasos y expectativas
La Colaboración planea publicar un conjunto de datos ampliado, que abarcará varios años de actividad de las cinco estaciones. Gracias al refinamiento metodológico, los investigadores proyectan la detección de hasta siete posibles candidatos a neutrinos en registros venideros. Este avance no solo valida una predicción física formulada hace más de sesenta años, sino que marca un hito en la búsqueda de partículas que hasta ahora han escapado a la detección directa. El logro de la Colaboración Askaryan Radio Array redefine así los límites de lo observable en las profundidades heladas del planeta, permitiendo asomarse a los procesos más enérgicos y enigmáticos del universo.
Fuente: Infobae