súper-kamiokande

Un intérprete llega a una reunión donde se habla un idioma que no conoce. Al principio tiene que escuchar cada palabra, anotarla literalmente y luego contrastarla con el original. Así funcionan los simuladores del telescopio de neutrinos IceCube: rastrean cada fotón que nace en el hielo antártico, recorre cientos de metros y golpea un sensor.

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.

Una estrella masiva agota su combustible y su núcleo colapsa en fracciones de segundo. Nace una supernova y, con ella, una lluvia breve pero intensa de neutrinos. Estas partículas apenas interactúan con la materia, por lo que escapan libremente llevando información sobre la catástrofe.

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.

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

La familia de los niquelatos son cristales en capas, parecidos a una pila de panqueques: las capas de níquel y oxígeno se alternan con intercapas de lantano.

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.

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 abril de 2021, en una galaxia a 35 megapársecs de distancia, estalló la supernova SN 2021foa.

En las profundidades de una estrella de neutrones masiva , donde una cucharadita de materia pesa como una montaña, los quarks están comprimidos hasta una cercanía inimaginable.

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.

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.

Una linterna lejana brilla a través de un cristal irregular. El cristal desvía los rayos y, en lugar de una sola lucecita, en la pared aparecen varias: unas más brillantes, otras más tenues. De manera parecida, una galaxia masiva curva la luz de una estrella que ha explotado. La explosión fue una sola, pero en las imágenes se ven cuatro puntos luminosos.

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.

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.

Para alinear los espines de las partículas en una misma dirección, los físicos suelen enfriar la sustancia casi hasta el cero absoluto y colocarla en un campo magnético intenso. Esto es caro y voluminoso. El nuevo método se asemeja a ajustar una multitud de peonzas con un toque ligero: las moléculas intermediarias se unen temporalmente a los átomos objetivo y les transmiten su orden.

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.

Cuando una partícula atraviesa un material transparente más rápido de lo que la luz puede propagarse en él, deja tras de sí un débil destello azul, como un avión que supera la barrera del sonido genera una onda de choque. Esta radiación de Cherenkov brilla instantáneamente, sin demora, y por ello es ideal para servir de reloj de ultra precisión en el mundo de las partículas elementales.

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.

La luz de la etapa más temprana de la vida del universo viaja hacia nosotros durante miles de millones de años. En su camino pasa junto a enormes cúmulos de galaxias. Su gravedad curva ligeramente esa luz, como el cristal de un escaparate deforma la vista de la calle al otro lado. Cuando los cúmulos crecen, la curvatura se hace más notable.

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.

Cuando una estrella masiva explota como una supernova, su material choca contra la envoltura circundante de polvo cósmico y gas, como contra un abrigo invisible. Del impacto nacen miríadas de neutrinos, partículas fantasmales que atraviesan planetas enteros sin desviarse.

Los neutrinos cósmicos son partículas fantasma que atraviesan la Tierra sin obstáculos. El telescopio IceCube, incrustado en el hielo de la Antártida, captó uno de estos neutrinos, que coincidió con un destello infrarrojo.

Los átomos ultrafríos pueden comportarse como un todo. Si en una nube así nace un нейтрино, normalmente se escapa sin ser notado.

Un electrón sale del núcleo de tritio con una energía de 18,57 keV, dejando tras de sí un compañero invisible: el neutrino. Si ese neutrino tiene acceso a una quinta dimensión, su masa se descompone en toda una torre de estados, y cada uno de ellos arranca un pedazo del espectro.