Una bola de billar choca contra otra en la más absoluta oscuridad. El sonido del impacto y el golpe de las bolas al caer en la tronera es todo lo que se oye. Así, más o menos, estudian los físicos las interacciones entre partículas elementales a energías que ningún acelerador terrestre puede reproducir. En un nuevo trabajo, los astrofísicos han convertido galaxias enteras en laboratorios gigantes, y los detectores son kilómetros cúbicos de hielo antártico y agua del mar Mediterráneo.
La magnitud clave aquí es la sección eficaz de interacción. Es una medida de la probabilidad de que dos partículas, al pasar una junto a la otra, acaben enganchándose. Cuanto mayor es la sección eficaz, más frecuentes son las colisiones. En los experimentos terrestres, por ejemplo en el Gran Colisionador de Hadrones, esta magnitud se mide directamente haciendo chocar haces de partículas. Pero cuando las energías superan las capacidades del colisionador, hay que buscar otros métodos. Los autores del trabajo propusieron utilizar neutrinos, partículas casi escurridizas que nacen en los rincones más violentos del universo y llegan a la Tierra sin obstáculos.
La idea del método se parece a un problema detectivesco. Cada fuente de neutrinos, ya sea el núcleo activo de una galaxia lejana o el centro de nuestra Vía Láctea, tiene una potencia conocida: cuántos rayos cósmicos emite. También se puede estimar la densidad de la materia que sirve de blanco con la que chocan esos rayos. Conociendo estos datos y midiendo cuántos neutrinos llegan al detector, se puede calcular con qué eficacia se produjeron las colisiones. La única incógnita que queda en la ecuación es precisamente la sección eficaz de interacción.
Los científicos aplicaron su método a datos reales: al famoso blázar TXS 0506+056, que en 2017 se relacionó por primera vez con una señal de neutrinos; a la galaxia activa NGC 1068; a la emisión del plano de nuestra Galaxia; e incluso a un reciente evento de energía extrema registrado por el detector KM3NeT en el mar Mediterráneo. Como resultado, se lograron imponer restricciones a las secciones eficaces en un rango de energías muy amplio: desde los modestos 1 GeV hasta los colosales 100 000 GeV. Para comparar, el Gran Colisionador de Hadrones alcanza solo 13 000 GeV. Así, los neutrinos cósmicos se convierten en una herramienta para poner a prueba las teorías allí donde la tecnología terrestre aún es impotente. Y, al igual que el sonido del impacto en la oscuridad delata la colisión de las bolas, estos invitados invisibles del cosmos nos cuentan sobre las fuerzas que gobiernan la materia en el límite de lo posible.
El detector IceCube, en el Polo Sur, busca neutrinos con 5160 sensores de luz congelados en el hielo antártico a profundidades de hasta 2,5 kilómetros.
En la novela de Stanisław Lem «La voz del amo», los científicos intentan descifrar una señal de neutrinos procedente del espacio que resulta ser un mensaje de otra civilización.