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Con datos del observatorio de neutrinos IceCube, los científicos midieron por primera vez la distribución de densidad, la masa y el momento de inercia de la Tierra, usando la atenuación del flujo de neutrinos de alta energía que atraviesan el planeta.
Abstract
Usando 10,7 años de datos del observatorio de neutrinos IceCube, los científicos reconstruyeron el perfil de densidad de la Tierra. Los neutrinos de alta energía (500 GeV – 100 TeV) son absorbidos por la materia según el grosor atravesado y su energía. Midiendo la atenuación del flujo de partículas desde distintos ángulos, se logró ajustar un modelo de capas del interior terrestre y calcular la masa y el momento polar de inercia. Estos son los valores más precisos obtenidos mediante la interacción débil; coinciden con datos sísmicos y gravitacionales. Si la sismología "escucha" la Tierra, los neutrinos permiten "ver" su silueta a contraluz.
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Durante casi cien años, la sismología fue la radiografía principal del planeta, palpando el interior a través de ondas elásticas. Pero los neutrinos — partículas fantasma, predichas por Wolfgang Pauli — ofrecen una mirada diferente. Al igual que los astrónomos estudian las atmósferas de mundos lejanos por la forma en que la luz estelar se filtra a través de ellas durante el tránsito, el observatorio de neutrinos IceCube en el Polo Sur ha convertido la Tierra en su propio exoplaneta. Los flujos de neutrinos de alta energía, nacidos en núcleos activos de galaxias y en las cercanías de agujeros negros, iluminan el planeta de lado a lado, y por la atenuación de ese flujo emerge la estructura oculta del núcleo, el manto y la corteza.
Para registrar un solo neutrino, haría falta una pared de plomo de un año luz de espesor. Sin embargo, la Tierra puede atenuar un flujo de neutrinos de 100 TeV casi un 50 % si atraviesan el núcleo.
El telescopio IceCube observa la luz Cherenkov: destellos azules que surgen en el hielo cuando los muones cargados se mueven más rápido que la luz en ese medio. En 10,7 años de análisis, de 368 071 trazas se seleccionaron neutrinos con energías de 500 GeV a 100 TeV. El truco principal está en la dependencia de la sección eficaz con la energía: crece de forma potencial, descrita por una fórmula del Modelo Estándar. Así, los neutrinos de distintas energías «ven» profundidades diferentes, creando una especie de espectroscopía de las capas terrestres. Los investigadores parametrizaron la Tierra como un conjunto de capas concéntricas de densidad constante y, mediante análisis bayesiano, recrearon el perfil radial de densidad.
El resultado del trabajo no es solo una curva, sino un retrato del planeta dibujado por la interacción débil. El perfil, con una precisión de decenas de por ciento, coincidió con el modelo sísmico de referencia PREM. A partir de él se calcularon por primera vez por separado la masa de la Tierra (7,25 × 10^24 kg) y el momento de inercia polar (1,05 × 10^38 kg·m²), y ambos valores cayeron dentro del intervalo de confianza de las mediciones clásicas. Esto significa que la sección eficaz neutrino-nucleón, verificada en aceleradores, concuerda a escala planetaria: la física fundamental y la geología hicieron un dueto.
A 1 TeV, un neutrino «siente» solo un pequeño porcentaje de la masa de la Tierra en su camino, pero a 100 TeV, casi todo el espesor. Es como si el planeta se volviera gradualmente opaco para las partículas fantasma.
La tomografía neutrínica no es solo una elegante comprobación de modelos geofísicos. Abre el camino a una planetología que no depende de sismómetros ni gravímetros orbitales. En el futuro, cuando se acumulen más estadísticas con IceCube-Gen2 y el mediterráneo KM3NeT, se podrá escudriñar el corazón de Marte para investigar por qué su dinamo magnética se apagó, o sondear los núcleos de los gigantes gaseosos. Por ahora, el método requiere un conocimiento cada vez más preciso de los flujos de neutrinos astrofísicos de supernovas, estrellas de neutrones y púlsares, así como refinar los efectos nucleares en las secciones eficaces: los datos desde la Antártida siguen fluyendo, y cada año trae más transparencia.
🎯 Para registrar un solo neutrino, haría falta una pared de plomo de un año luz de espesor; sin embargo, la Tierra puede atenuar el flujo de neutrinos de 100 TeV casi a la mitad si atraviesan el núcleo.
