hiper kamiokande

Los neutrinos son partículas casi esquivas que atraviesan la Tierra sin que esta se entere. Pero a veces uno de ellos choca contra el núcleo atómico del agua, y entonces nace toda una ráfaga de partículas: muones, protones, piones.

El universo nos envía señales constantemente, pero muchas son demasiado débiles para percibirlas. Los neutrinos reliquia —partículas que quedaron del Big Bang— atraviesan la Tierra por miles de millones cada segundo, pero atrapar al menos uno es una hazaña al borde de lo posible.

Medir distancias en el universo no es tarea fácil. Casi todos los métodos se basan en la luz, que en su camino hacia nosotros puede ser absorbida por el polvo, dispersarse o distorsionarse. Es como intentar divisar un faro lejano a través de la niebla y la bruma. Los neutrinos son harina de otro costal. Estas partículas fantasma atraviesan cualquier cosa sin inmutarse.

En lo alto de las montañas, donde el aire es transparente y silencioso, los físicos se preparan para cazar a unos invitados escurridizos del cosmos: los neutrinos. Estas partículas, como fantasmas, atraviesan la Tierra sin apenas dejar rastro. Pero a veces un neutrino choca contra un átomo y genera una lluvia de partículas que puede verse.

Una enorme piscina de líquido transparente se esconde en las profundidades de la Tierra. No contiene nada más que un 'caldo' purísimo que emite un débil destello cuando una partícula invisible lo atraviesa. Este es el detector JUNO, 20 000 toneladas de centelleador líquido, construido para la caza de neutrinos.

En el anillo de 21 kilómetros de Protvino, en las afueras de Moscú, se planeó alguna vez acelerar protones. Hoy, ese mismo túnel podría albergar una máquina muy diferente: un colisionador de muones. El muón es un pariente pesado del electrón, y ahí reside su fuerza.

En las profundidades de una estrella de neutrones, la materia está tan comprimida que los protones y neutrones habituales dejan paso a nuevos actores. Allí nacen los hiperones, partículas que contienen un quark extraño.

Cuando una estrella masiva agota su combustible, su núcleo colapsa, generando una supernova y emitiendo una lluvia omnipresente de neutrinos.

Los ingenieros crean una aleación para concentradores solares añadiendo partículas duras, como pasas en la masa, para que mantenga su forma bajo un calor extremo. Si las pasas son demasiado grandes, el material se agrieta. Antes, los científicos las contaban manualmente en imágenes de microscopio.

En las profundidades del océano, donde no llega la luz, nace un plan para capturar partículas que casi no interactúan con nada. Los geoneutrinos, pequeños mensajeros del manto ardiente, surgen de la desintegración del uranio y del torio. Su flujo transporta información sobre cuánto calor se esconde bajo nuestros pies.

Cuando una estrella masiva muere, su núcleo se contrae y se produce la explosión de una supernova. El cataclismo genera torrentes de partículas, como las ondas al lanzar una piedra. Primero llegan los neutrinos veloces, que atraviesan la Tierra casi sin interactuar. Luego, con horas de retraso, aparecen las partículas fantasma de carga minúscula.

Los neutrinos se comparan a menudo con una transmisión de radio que captan diferentes receptores. Una estación envía la señal, pero las antenas en Japón, la Antártida y el fondo del mar Mediterráneo la escuchan de manera distinta: por la distancia, las interferencias y la orientación de la antena.

Una fotografía antigua, tomada en el momento del nacimiento del universo, nos trae su luz desde hace casi 14 mil millones de años. Esta imagen es la radiación cósmica de fondo, el eco enfriado del Big Bang. En ella quedaron registradas las mínimas irregularidades de las que más tarde crecieron las galaxias.

En algún lugar del bulbo galáctico duerme una estrella masiva, lista para cambiar su apacible combustión por un colapso. Su núcleo agotará el combustible y, en una fracción de segundo, nacerá una estrella de neutrones o un agujero negro, expulsando 10⁵⁸ neutrinos —casi toda la energía de la explosión—.

Un fotógrafo fotografía un bosque nocturno e intenta capturar luciérnagas en el encuadre. Los destellos son raros, débiles, y alrededor hay ruido del viento y luces lejanas. Así funciona aproximadamente el enorme detector Hyper-Kamiokande en Japón: captura neutrinos —partículas casi intangibles— mediante diminutos destellos de luz en 260 mil toneladas de agua.

En lo profundo de la tierra, en Japón, se encuentra un enorme depósito de agua ultrapura. Espera a unos visitantes muy especiales: neutrinos que llegan de explosiones de estrellas lejanas. Estos visitantes son extremadamente raros: a lo largo de los años de observación, el detector Super-Kamiokande registra solo unos pocos eventos.

Un enorme depósito de agua ultrapura está escondido en las profundidades de Japón. Sus paredes están cubiertas de miles de lámparas sensibles a la luz que captan débiles destellos: las huellas de partículas fantasma que atraviesan la columna de agua. Este detector, Super-Kamiokande, ha estado observando el cielo durante mucho tiempo en busca del eco de neutrinos de antiguas explosiones estelares.

Una valla invisible bloquea el estrecho. No se puede saltar por encima ni bucear por debajo: no está hecha de acero, sino de un flujo de partículas que atraviesan la columna de agua. Así podría describirse la idea de detectar submarinos nucleares por su emisión de antineutrinos.

En las profundidades del mar Mediterráneo, donde el agua presiona con la fuerza de cientos de atmósferas, una red de esferas sensibles a la luz esperaba a un visitante poco común. Y llegó: un neutrino que atravesó la Tierra con una energía comparable al impacto de un ladrillo en vuelo.

Un intérprete que, a mitad de camino por la sala, de repente empieza a transmitir el mensaje al revés. Algo así podría hacer un neutrino —esa partícula fantasma que apenas interactúa con la materia— si en su camino se encuentra con una nube de materia oscura ultraligera.

La velocidad de la luz en el vacío es el metrónomo de la física: marca el ritmo de todos los procesos. Si se desincroniza, la armonía habitual se derrumba. Los neutrinos, partículas cósmicas omnipresentes pero casi esquivas, pueden verificar si este ritmo se altera en condiciones extremas.

Una enorme esfera llena de líquido destella cuando una partícula esquiva —un neutrino— la atraviesa. Dentro de la esfera, como luciérnagas en un árbol de Navidad, cuelgan miles de tubos que captan esos destellos. Para saber con precisión dónde brilló y cuánta energía llegó, es necesario conocer la posición de cada tubo al milímetro.

Dentro de cada átomo vive un protón. Durante mucho tiempo se lo consideró eterno, como la propia materia. Pero las teorías que unifican todas las fuerzas de la naturaleza predicen que, tarde o temprano, el protón se desintegrará. La pregunta es cuánto tiempo hay que esperar.

En lo profundo de la montaña japonesa Ikeno, un tanque contiene cincuenta mil toneladas de agua ultrapura. En él se capturan neutrinos —partículas fantasma que atraviesan la Tierra de lado a lado, casi sin notarla. Cuando una estrella explota en nuestra galaxia, los neutrinos llegan primero, horas antes que la luz.

Los neutrinos son partículas diminutas que atraviesan el planeta como la luz atraviesa el cristal de una ventana. Cada segundo, miles de millones de estas partículas pasan a través de la uña de tu meñique, pero atrapar aunque sea una no es tarea fácil. Para ello, en Canadá se excavó una mina de dos kilómetros de profundidad y se instaló allí el detector SNO+.

Muy por debajo de nuestros pies, en el espesor del planeta, tiene lugar una lenta desintegración de elementos radiactivos. En ese proceso nacen partículas diminutas: los geoneutrinos. Atraviesan la corteza terrestre, el manto y el núcleo casi sin interactuar con nada.

El agua corriente en un vaso es transparente y tranquila. Pero si le añades diminutos puntos de carbono hechos con azúcar y ácido cítrico en un microondas normal, el agua empieza a brillar cuando una partícula cargada la atraviesa.

El tritio radiactivo se desintegra y expulsa un electrón. Su energía es casi siempre la misma, pero a veces es un poquito menor. Ese 'déficit' podría significar que, junto con el neutrino ordinario, nació otra partícula oculta. El modelo estándar describe tres tipos de neutrinos, pero los científicos sospechan que hay un cuarto: el estéril.

Los neutrinos son partículas elementales con justicia apodadas «fantasmas»: apenas interactúan con la materia, lo que hace que su detección sea una tarea dificilísima. La existencia de los neutrinos fue predicha por Wolfgang Pauli, y el nombre lo puso Enrico Fermi.

En un tanque oscuro de treinta toneladas, el agua brilla cuando una partícula fantasma la atraviesa. El neutrino casi no interactúa con la materia, pero de vez en cuando choca con los átomos y entonces se produce un destello. Para atraparlo, se añade al agua una sustancia especial: un centelleador líquido que amplifica la luz.

Una diminuta partícula fantasma atraviesa un trozo de germanio. Normalmente no deja rastro, pero a veces, como una bola de billar, golpea el núcleo de un átomo. El núcleo rebota y ese empujón se puede detectar. En Oak Ridge, en el laboratorio nacional, el detector Ge-Mini estuvo captando esos rebotes durante dos años. Los neutrinos son las partículas conocidas más escurridizas.

En el espesor del hielo antártico, a una profundidad donde no llega la luz del sol, cuelgan antenas. No escuchan sonidos, sino ondas de radio, y esperan la señal de una partícula que es casi imposible de atrapar. El neutrino atraviesa la Tierra como una bala atraviesa la niebla, pero a veces, muy raramente, roza un átomo de hielo.

En abril de 2023, los satélites japoneses detectaron una potentísima explosión de rayos X en la estrella de neutrones MAXI J1752–457. La estrella se enfrió en 4 días, cinco veces más rápido de lo normal. Como si alguien hubiera entreabierto una rendija cósmica. Esa rendija la abrió el «proceso Urca» nuclear.

Una bala que no atraviesa un solo blanco, sino que deja su huella en varias capas de blindaje. Así se comporta aproximadamente la materia oscura superpesada que se ha buscado por primera vez en el detector DarkSide-50.

En una enorme sala oscura se busca a una única persona que apenas emite sonidos. Así cazan los físicos a los neutrinos estériles: partículas fantasma que atraviesan la materia sin dejar casi rastro. En el centro acelerador japonés J-PARC se encuentra el experimento JSNS².

Las partículas cósmicas con energías millones de veces superiores a las que pueden alcanzar los aceleradores terrestres chocan contra la atmósfera y producen una lluvia de partículas secundarias. Esa lluvia emite ondas de radio que captan antenas en el suelo.

En una sala subterránea de Fermilab se encuentra un enorme tanque de argón líquido, un líquido transparente a una temperatura de menos 186 grados. Cuando una partícula invisible, el neutrino, entra en el tanque, a veces choca con un núcleo de argón y se produce un breve rastro de partículas cargadas.

En un campo hay un tanque de agua que normalmente capta partículas del espacio. Ahora vigila cuánta humedad hay en la tierra bajo sus pies. El agua del tanque sirve como trampa para neutrones: partículas diminutas que salen del suelo cuando los rayos cósmicos lo golpean. Cuanto más seco está el suelo, más neutrones escapan y más a menudo los registra el tanque.

En un tanque de agua pura, las partículas que viajan más rápido que la luz en ese medio dejan destellos azulados, como un avión que rompe la barrera del sonido genera un trueno. Con esos destellos se puede saber qué visitante ha pasado: un cuanto gamma o un neutrón. La tarea no es trivial: en fronteras y almacenes hay que distinguir rápidamente una carga radiactiva inofensiva de un material apto para armas.

En el interior de una estrella moribunda, ocho veces más pesada que el Sol, unos días antes de la explosión final comienza una fiebre silenciosa. El núcleo de la estrella se contrae y se calienta, y de él escapan neutrinos, partículas diminutas que apenas interactúan con la materia.