Proyecto ambicioso
Los neutrinos y los núcleos atómicos interactúan increíblemente raramente. Con el tipo adecuado de detector es posible revelar algunos secretos sobre su origen y su propia naturaleza. Pero el esfuerzo requerido es literalmente enorme. En 1956, la primera evidencia de neutrinos requirió un gran tanque de medición a pocos metros del núcleo de un reactor nuclear, arrojando a través de él suficientes neutrinos durante meses para que esto fuera posible. Esto le valió el Premio Nobel de Física en 1995. Se necesitaron miles de toneladas de agua para detectar posteriormente los neutrinos procedentes del sol. Este demostró que las partículas tienen una masa diminuta y ganó el Premio Nobel en 2015.
© Johan Jarnestad/Real Academia Sueca de Ciencias; Editar: Espectro de la ciencia (extracto)
El ganador del año 2026, Francis Halzen, pensó aún más. En los años 1980 quiso detectar neutrinos procedentes de regiones distantes del universo. En los detectores existentes, por enormes que sean, las partículas fantasma no serían visibles debido a su enorme energía. Para su experimento, Halzen calculó una escala completamente nueva de miles de millones de toneladas de agua, es decir, en forma de hielo eterno en el Polo Sur.
El plan de Halzen suponía un enorme desafío experimental: perforar 86 pozos a kilómetros de profundidad en el hielo de la Antártida y en cada uno de ellos hundir largas cadenas de hierro, cada una de las cuales tiene 60 sensores de luz que cuelgan como un collar de perlas. Si los neutrinos vinieran casi tan rápido como la luz desde las profundidades del espacio, primero a través de todo el globo y luego a través del hielo durante un kilómetro, dejarían detrás de ellos, a veces, un rastro de destellos de luz.
Del 5 al 12 de octubre, los comités Nobel anunciarán los ganadores del año 2026. En nuestra página temática “Premios Nobel: el máximo honor” podrá saber quién recibirá uno de los prestigiosos premios. Allí también podrá leer lo esencial sobre los ganadores y su investigación.
Pero entonces nadie sabía si un detector de un kilómetro de tamaño sería suficiente, como informó Halzen por teléfono cuando se anunció el Premio Nobel: «Nadie entre los físicos conservadores quiso apoyarme. Pero muchas personas talentosas se unieron a mí. Por eso estoy aquí ahora».
Halzen dirigió una colaboración internacional con cientos de personas de más de 40 instituciones de investigación. Juntos construyeron el observatorio de neutrinos IceCube en la estación Amundsen-Scott del Polo Sur. Las primeras mediciones comenzaron en 2010 y IceCube estuvo completamente terminado a principios de 2011. Ya en 2013, la colaboración detectó 28 neutrinos de muy alta energía provenientes del exterior del sistema solar y dejando su estela luminosa en el detector.
Mediador entre partículas y astrofísica.
Después de completar su tesis doctoral en física de partículas, el belga Halzen viajó a Estados Unidos en los años 1970. Allí se enteró de los planes rusos de utilizar radiación de radio para detectar interacciones de neutrinos en el hielo antártico. Según sus cálculos, esta estrategia no debería funcionar con neutrinos cósmicos extremadamente energéticos, pero despertó el interés de Halzen.
El pionero desarrolló entonces su propia idea, basada en un fenómeno de radiación especial: la llamada luz de Cherenkov. Siempre ocurre cuando una partícula cargada eléctricamente se mueve demasiado rápido a través de un medio transparente, más rápido que la luz en el medio. La partícula en movimiento arrastra consigo un cono de luz.
Según Halzen, esta contraparte óptica del estallido sónico de un avión debería ocurrir cuando un neutrino suficientemente energético interactúa con un átomo en el hielo. Esto crea una partícula cargada que luego atraviesa el hielo transparente. Su rastro de luz azulada de Cherenkov revela de dónde provino el neutrino original.
Señales en el hielo eterno.
El Polo Sur le pareció perfecto a Halzen: el hielo tiene kilómetros de espesor, es geológicamente estable, oscuro y está protegido de numerosas posibles perturbaciones. A grandes profundidades es tan transparente como el cristal, ideal para detectar destellos de luz. Sin embargo, el trabajo en la Antártida es extremadamente laborioso, a pesar de que existe cierta infraestructura, como la estación de investigación en el Polo Sur.
Antes de que el proyecto IceCube a gran escala pudiera tomar forma, Halzen tuvo que demostrar su viabilidad básica. Para ello, en un proyecto piloto en Groenlandia, él y un pequeño equipo hundieron una serie de fotodetectores a más de 200 metros de profundidad en un pozo existente y, de hecho, detectaron allí luz de Cherenkov en 1991. Aunque procedía de partículas creadas en la atmósfera, el hielo parecía ser un medio tan adecuado como Halzen había esperado.
El siguiente paso llevó a Halzen a la Antártida. En el Conjunto de detectores de neutrinos y muones antárticos (AMANDA), el equipo de investigación probó la técnica de perforación con agua caliente y la cadena de bolas del sensor. Durante las pruebas que duraron varios años, el equipo observó, por ejemplo, que tenían que profundizar más de lo esperado porque el hielo cercano a la superficie, plagado de burbujas de aire, dispersaba demasiado la luz de Cherenkov. Sin embargo, el hielo a más de 1.400 metros de profundidad era incluso más transparente de lo esperado.
Con el cambio de milenio finalmente hubo datos suficientes para el proyecto IceCube y un compromiso de financiación por parte de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. La construcción y finalmente las mediciones comenzaron bajo la dirección de Halzen.
Mensajeros cósmicos
Desde entonces, IceCube ha ofrecido información fascinante sobre los procesos cósmicos más poderosos. En un artículo de 2016 en «Spectrum», Halzen describe la euforia general en el equipo cuando en 2012 aparecieron las primeras huellas de neutrinos, que eran «casi mil millones de veces más energéticos que los neutrinos que nos llegan constantemente desde el Sol».
© Johan Jarnestad/Real Academia Sueca de Ciencias; Editar: Espectro de la ciencia (extracto)
Ya entonces esperaba poder rastrear el origen de los neutrinos cósmicos: «Esto nos daría un nuevo acceso a la comprensión de procesos de energía tan extraordinariamente altos». Esto es exactamente lo que se logró más tarde. En 2018 fue posible identificar por primera vez el lugar de origen de un neutrino de muy alta energía: el llamado blazar, un núcleo galáctico activo alrededor de un agujero negro extremadamente masivo. Posteriormente se agregaron otras fuentes: la galaxia Messier 77 y nuestro sistema de la Vía Láctea.
Ser capaz de asignar neutrinos individuales a procesos astrofísicos específicos mejorará nuestra comprensión de los procesos más poderosos del universo en las próximas décadas. Al mismo tiempo, IceCube vigila todo el cielo, porque el detector gigante registra los neutrinos, independientemente de su dirección.
Christopher Wiebusch, de la RWTH Aachen, destaca también esta segunda ventaja: «Lo especial es que tenemos un instrumento que observa continuamente todo el cielo». Wiebusch y su equipo participan de manera importante en IceCube. «Esto significa que no estamos mirando una fuente específica, sino que potencialmente podemos observar todos los objetos del universo».
Un pionero en el podio
El Premio Nobel se puede otorgar hasta a tres personas vivas. Organizaciones enteras pasan desapercibidas. Mucha gente cree que esto es injusto a la luz de la investigación moderna sobre proyectos a gran escala. Ahora el premio se destina a una sola persona en lugar de compartirlo con una o dos personas más que se han distinguido en la astronomía de neutrinos o en el proyecto IceCube.
«Realmente es una luz brillante de la física de astropartículas».Christopher Wiebusch, físico de partículas
«No es habitual que el premio se conceda a una persona», afirma Wiebusch. Pero al mismo tiempo Halzen siempre tuvo un papel protagonista en el proyecto. «Es realmente una luz brillante de la física de astropartículas», afirma Wiebusch. «En mi opinión, rara vez está tan claro que sólo se puede identificar para el Premio Nobel a una persona que, con su carisma y visión científica únicos, ha reunido e inspirado a muchos científicos a su alrededor».
Con IceCube acaba de comenzar la era de la astronomía con neutrinos de muy alta energía. Otros dispositivos están en construcción o en funcionamiento en todo el mundo, como los detectores submarinos KM3NeT en el Mediterráneo, Baikal-GVD en el lago Baikal o P-ONE en el Pacífico. Junto con otros detectores, se está creando una infraestructura global cada vez más extensa para detectar neutrinos de todos los rangos de energía y utilizarlos para resolver numerosos acertijos en física de partículas y astronomía.
El propio IceCube también tiene un largo futuro. En 2016, Halzen escribió: «IceCube apenas ha comenzado a arañar la superficie de lo que puede detectar». Hoy Wiebusch está elaborando planes para seguir desarrollando la instalación en el Polo Sur «hasta convertirla en un detector aproximadamente diez veces más grande, que luego estará rodeado por otros componentes del detector». El objetivo: un observatorio aún más universal “tanto para los rayos cósmicos como para los neutrinos”.
El prestigio del reciente Premio Nobel debería ayudar en esos planes. Durante la conversación telefónica con el Comité del Nobel, Halzen esperaba un beneficio inmediato: «Actualmente estoy trabajando en un proyecto de investigación. Espero que este premio ayude a garantizar su aprobación. «La perspectiva de nuevos descubrimientos revolucionarios en las próximas décadas seguirá inspirando la investigación sobre neutrinos. El lado positivo de todas las dificultades en la investigación de partículas volátiles es la recompensa de finalmente conseguirlo».
