Mil millones de toneladas de hielo del polo Sur para observar neutrinos

Si los experimentos de f¨ªsica de part¨ªculas suelen ser sorprendentes, el IceCube bien puede ser el m¨¢s peculiar. Se trata de un observatorio de neutrinos de alta energ¨ªa que utiliza mil millones de toneladas de hielo profundo ant¨¢rtico, de extremada transparencia, para detectar neutrinos con gran precisi¨®n, tal vez las part¨ªculas elementales m¨¢s fantasmag¨®ricas dado que apenas interaccionan con la materia y billones de ellas atraviesan cualquier cosa cada d¨ªa, incluso el cuerpo humano, sin que se note. Por eso es dificil¨ªsimo verlas y por eso los f¨ªsicos dise?an extra?os dispositivos para estudiarlas. El IceCube, que se empez¨® a construir en 2004 justo en el polo Sur, junto a al base cient¨ªfica estadounidense Amundsen-Scott, tras a?os de planes y ensayos; se terminar¨¢ en enero de 2011.

El observatorio, que en la superficie se extiende un kil¨®metro cuadrado y se adentra en el hielo ant¨¢rtico hasta 2.500 metros de profundidad, esta formado por un conjunto de 86 l¨ªneas verticales con detectores y equipos electr¨®nicos. En total son 5.160 sensores ¨®pticos, adem¨¢s de todos los dispositivos de registro y transmisi¨®n de datos. Para colocar las l¨ªneas se van haciendo perforaciones de 61 cent¨ªmetros de di¨¢metro en el hielo con agua caliente, se bajan las l¨ªneas de instrumentos y, cuando el agua se vuelve a congelar, quedan fijas. La dificultad de la construcci¨®n del Icecube y las complicaciones de la log¨ªstica en el continente blanco han sido tremendas, explican el director cient¨ªfico del proyecto, el estadounidense Francis Halzen y su colega Spencer Klein en un largo art¨ªculo publicado en una revista del Instituto Americano de F¨ªsica (API) ahora que se acerca ya la hora de comenzar (el a?o que viene) la investigaci¨®n. Con ¨¦l, afirman, se abren las puertas de la aut¨¦ntica astronom¨ªa de neutrinos. En los fen¨®menos m¨¢s violentos del universo, como explosiones estelares, agujeros negros o estallidos de rayos gamma, se generan estas part¨ªculas y su estudio ayudar¨¢ a resolver misterios de estos fen¨®menos c¨®smicos.

IceCube se basa en el hecho de que cuando un neutrino choca contra el n¨²cleo de una mol¨¦cula del agua helada se genera una emisi¨®n de luz llamada Cherenkov que ven los sensores del detector. La informaci¨®n combinada de los sensores perfectamente calibrados y sincronizados permitir¨¢ reconocer las fuentes de esos neutrinos en el universo. Tambi¨¦n la materia oscura puede desvelarse en esta gran instalaci¨®n, aseguran los especialistas.

El nuevo gran detector, cuyo coste asciende a 212 millones de euros, es heredero directo de varios predecesores, trampas de de neutrinos tambi¨¦n peculiares (con las l¨ªneas sumergidas en el mar por, ejemplo) y varios han tenido ¨¦xito y funcionan. Otros fracasaron porque el reto era excesivo para la tecnolog¨ªa del momento, como el Dumand, que se empez¨® a montar cerca de Hawai para aprovechar las aguas oce¨¢nicas all¨ª como Icecube aprovecha el hielo transparente de la Ant¨¢rtida, recuerdan Halzen y Klein. Un detector en el lago Baikal y tres en el Mediterr¨¢neo (Antares, Nestor y Nemo) han aportado los conocimientos y la experiencia suficiente para confiar en el ¨¦xito del IceCube. Antares, cerca de la costa francesa, instalado a 2.400 metros de profundidad, est¨¢ ya completo con 12 l¨ªneas de sensores y funciona. Otros observatorios, m¨¢s peque?os pero muy eficaces para determinados estudios est¨¢n en funcionamiento, como el Superkamiokande japon¨¦s o el SNO canadiense, situado en las profundidades de una mina de carb¨®n.

Pero el antecesor directo del IceCube ha sido el Amanda, tambi¨¦n instalado en el continente blanco y en funcionamiento desde 2000 a 2009. El nuevo dispositivo es mucho m¨¢s ambicioso y, gracias a su gran tama?o, permitir¨¢ llegar m¨¢s lejos cient¨ªficamente. "Hacen falta inmensos detectores de part¨ªculas para capturar neutrinos c¨®smicos en cantidades estad¨ªsticamente significativas", escriben los dos f¨ªsicos en la revista Review of Scientific Instruments de la API. El IceCube observar¨¢ varios cientos de neutrinos de alta energ¨ªa cada d¨ªa, seg¨²n las previsiones.

La construcci¨®n de una instalaci¨®n como IceCube en la Ant¨¢rtida, un proyecto internacional liderado por la National Science Foundation estadounidense, es extremadamente compleja. La temporada anual para trabajar es muy corta, solo de mediados de octubre a mediados de febrero (el verano austral), y para hacer todas las perforaciones en el hielo colocando las l¨ªneas de sensores han hecho falta siete campa?as. Solo el transporte hasta el polo Sur de todo el material, desde perforadoras hasta plantas energ¨¦ticas y de agua caliente hasta bombas de alta presi¨®n, es ya una complicaci¨®n. La mayor parte de los equipos han sido especialmente dise?ados para este trabajo. Halzen y Klein agradecen especialmente el apoyo que presta en el proyecto el personal de la base ant¨¢rtica Amundse-Scott.