Las colisiones de neutrinos de alta energía con otras partículas corroboran uno de los postulados de la Teoría de Supercuerdas
Científicos norteamericanos han detectado por primera vez indicios de la existencia de otras dimensiones más allá de las tres conocidas. Utilizando datos del telescopio Amanda, enterrado en el Polo Sur, han podido observar una decena de colisiones de neutrinos de alta energía con otras partículas elementales, obteniendo así la evidencia de las dimensiones adicionales sugerida por la Teoría de Supercuerdas. El descubrimiento no es concluyente y encontrará nuevas oportunidades cuando se inicie en 2009 el funcionamiento de otro telescopio 30 veces más potente, el IceCube, en el que participan diversas universidades europeas.
Por: Eduardo Martínez
Analizando los datos proporcionados por el telescopio Amanda, enterrado en el Polo Sur, científicos nortemaricanos han observado las colisiones de neutrinos de una energía 10.000 veces más elevada que la de los neutrinos que emite nuestro Sol con otras partículas elementales, obteniendo así la evidencia de la existencia de otras dimensiones.
Los neutrinos son partículas elementales de masa prácticamente nula que se forman por reacciones nucleares. Mientras que el Sol y otros fenómenos cósmicos producen neutrinos de baja energía, los neutrinos de alta energía se producen por cataclismos cósmicos remotos y extremadamente violentos, tales como los agujeros negros, las supernovas y el Big Bang.
Una vez formados por cataclismos cósmicos, los neutrinos de alta energía se desplazan a una velocidad próxima a la de la luz y no se detienen nunca. Al tener una masa prácticamente nula, rara vez colisionan con otras partículas, lo que les permite desplazarse en línea recta hasta los límites del Universo atravesando las estrellas, los planetas, los campos magnéticos y galaxias enteras como si realmente no existieran.
Trillones de neutrinos atraviesan la Tierra cada nanosegundo llevando consigo información crucial sobre una serie de fenómenos cósmicos y sus orígenes. Sin embargo, son muy difíciles de detectar, salvo cuando entran en colisión con un átomo. La colisión desintegra el núcleo del átomo y el neutrino se transforma en otra partícula llamada muon.
El muon así formado continúa su trayectoria y puede ser reconocido por el destello de luz que engendra. Este destello se conoce con el nombre de radiación de Cherenkov y se asemeja a las ondas producidas en el aire cuando es atravesado por una bala de pistola.
Colisiones reveladoras
Científicos norteamericanos, utilizando los datos del telescopio Amanda, han podido observar la forma en que se producen las colisiones de estos neutrinos de elevadísima energía con otras partículas subatómicas, concluyendo que podrían existir en el universo otras dimensiones, aparte de las tres que nosotros conocemos y que conforman la realidad física que nos rodea. Un exceso de neutrinos de muy alta energía, como el que se ha constatado con Amanda, constituye en sí mismo una señal inequívoca de la existencia de las dimensiones extras, consideran los investigadores.
Aunque de momento no se han captado más que una docena de estas colisones, nunca conseguidas en los aceleradores de partículas, se espera que rastreos posteriores, tanto con Amanda como con su sucesor, el telescopio IceCube, que tendrá una resolución 30 veces mayor que Amanda, registren más colisiones de este tipo y proporcionen así una evidencia más concluyente de la existencia de dimensiones adicionales hasta ahora ocultas para nosotros.
El rastreo de neutrinos de altísima energía en el Universo y de la forman en que colisionan con otras partículas sugiere no sólo que existen realmente dimensiones hasta ahora imperceptibles, sino que admás poseen una energía mucho mayor de la que podríamos imaginar.
Teoría de Supercuerdas
La existencia de estas dimensiones extras son fundamentales para explicar la Teoría de las Supercuerdas. La Teoría de las Supercuerdas afirma que existen estas dimensiones extras, pero que serían increíblemente pequeñas, bastante más pequeñas que un átomo, ya que si fueran de mayor tamaño se habría detectado su existencia.
Pero si realmente existen, estas dimensiones adicionales deberían a su vez dar lugar a una serie de nuevas partículas con alta masa. A estas nuevas partículas se les ha asignado el nombre de “Partículas Kaluza-Klein” (KK): supuestamente se forman cuando campos de ondas se asocian a partículas ya conocidas, y viajan dentro de esas dimensiones adicionales.
Fue para demostrar la existencia de estas partículas que se han diseñado detectores que permitan estudiar a través de ellas los acontecimientos cósmicos. Teóricamente, con estos detectores se podría demostrar la existencia de estas nuevas partículas de dimensión oculta.
Uno de estos detectores es AMANDA (Antartic Muon and Neutrino Detector Array). Consiste básicamente en cuerdas sensoras de luz que se entierran a una profundidad de más de tres kilómetros en los hielos Antárticos y que se han diseñado específicamente para detectar neutrinos de alta energía.
Si la teoría de las supercuerdas es correcta y si existen las dimensiones extras, Amanda debería detectar estos neutrinos de alta energía provenientes del centro de la Galaxia, del Sol y del núcleo de la Tierra. Y los primeros indicios de esta constatación es lo que ha obtenido de momento Amanda, a través de las colisiones de estos neutrinos de alta energía con otras partículas elementales.
El registro de las colisiones de los neutrinos de tan alta energía en el Universo podría dar la razón a esta teoría en lo que respecta a la existencia de otras dimensiones, así como constituir una pista de investigación para la Física, ya que cada vez que los astrónomos abren una nueva puerta sobre el cosmos, aparecen cosas de las que ni siquieran sospechaban de su existencia.
El funcionamiento de AMANDA
Amanda es en realidad un telescopio rastreador de neutrinos instalado por la Northeastern University y la University of California, de Estados Unidos, en el Polo Sur. Su función ha consistido, desde el año 1997, en captar y registrar las presencias en el universo de muones y neutrinos.
Amanda consiste en un detector formado por 677 sensores ópticos del tamaño de una pelota y circulares. Este telescopio rastreador de destellos de energía se encuentra hundido en el hielo, y los sensores están suspendidos en cables de fibra óptica como si fueran las cuentas de un collar. Amanda es cilíndrico, mide 500 metros de alto y 120 de diámetro.
Cuando uno de estos poco comunes neutrinos de alta energía choca con otra partícula, como un protón o un neutrón, surge un muón, y entonces se genera una estela similar a un “flash” luminoso, de la mencionada radiación azul de Cherenkov.
Esta radiación es de tipo electromagnético, y se produce al paso de partículas por un medio, a velocidades superiores a la de la luz. Es una onda de choque que produce un brillo azulado. Recibe su nombre del físico Pavel Alekseyevich Cherenkov, que fue el primero en describirla y caracterizarla con rigurosidad. La estela producida en el choque es captada por Amanda gracias a los sensores ópticos que forman el peculiar telescopio.
Los resultados de esta investigación ha sido publicados en la revista Physical Review Letters. La versión íntegra del trabajo se encuentra en Arxiv. La Northeastern University ha publicado asimismo un interesante comunicado sobre el descubrimiento.
Hielo profundo
Para registrar neutrinos de esta energía y sus colisiones con partículas elementales, es preciso vigilar un volumen gigantesco de una sustancia que sea transparente y que esté al oscuro. Sólo así es posible detectar la radiación de Cherenkov que deja a su paso un muon.
En un primer momento se pensó en el fondo del mar para detectar estos destellos cósmicos y se instaló un telescopio en 1980 en las profundidades oceánicas de Hawai. Sin embargo, las condiciones meteorológicas y la inestabilidad marina frustraron el proyecto.
Fue de esta forma que se pensó que el hielo era ideal para el experimento, lo que llevó a la construcción de la primera generación de detector antártico de muones y neutrinos (AMANDA). La Segunda generación es el IceCube, que dispondrá de 5.000 detectores fotomultiplicadores encajados en más de un kilómetro cúbico del casquete polar, entre 1.400 y 2.400 de profundidad.
Este entorno no sólo está en total oscuridad, sino que debido a la presión, todas las bolsas de aire y otros elementos perturbadores han sido expulsados, lo que permitirá disponer de una transparencia igual a la del cristal. Las posibilidades de estudiar así los neutrinos de altísima energía y de verificar la existencia de otras dimensiones se multiplican, al igual que la aparición de posibles descubrimientos inesperados.
El IceCube estará terminado en 2009 y se instala por iniciativa de la Universidad de Wisconsin con fondos (295 millones de dólares) aportados por la National Science Foundation (NSF) de Estados Unidos, junto a diversas universidades europeas de Suecia, Bélgica, Alemania, Reino Unido y Holanda.
