Detectan partículas desconocidas disparadas desde las profundidades de la Antártida


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Detectan partículas desconocidas disparadas desde las profundidades de la Antártida
Crédito: IceCube / NASA

Los eventos extraños en el Polo Sur se explican más fácilmente por la nueva física, dice Derek Fox, un astrofísico observacional en la Pennsylvania State University. Ahora, los científicos han detectado una partícula misteriosa disparada al espacio desde las profundidades de la antigua capa de hielo del Polo Sur.

Parece ser una partícula de alta energía que viaja a través del espacio, durante miles de millones de años se estrelló en la Tierra y volvió a desafiar lo que los físicos llaman el Standard Model (SM) de la física de partículas. Pero los rayos cósmicos no deberían hacer eso, los científicos comenzaron a preguntarse si estos rayos misteriosos están compuestos de partículas nunca antes vistas.

Fox dijo en un comunicado:

Un rayo cósmico de energía ultraalta en el otro extremo de la Tierra podría haber generado un nuevo tipo de partícula, unas 500 veces más masiva que el protón, que perforó el planeta antes de descomponerse para producir la lluvia de aire ascendente. Un marco teórico llamado supersimetría ofrece candidatos que harían posible el truco”.

Desde marzo de 2016, los investigadores han estado desconcertados por dos eventos ocurridos en la Antártida donde los rayos cósmicos se desprendieron de la Tierra, y fueron detectados por la Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) de la NASA, una antena aerostática que volaba sobre el continente del sur, llevando a los físicos a proponer varias teorías para estos rayos cósmicos «ascendentes», desde neutrinos estériles (neutrinos que rara vez golpean en la materia) hasta «distribuciones de materia oscura atípica dentro de la Tierra».

Se cree que los blazars generan neutrinos y rayos gamma, posiblemente explicando al menos una fuente de rayos cósmicos
Se cree que los blazars generan neutrinos y rayos gamma, posiblemente explicando al menos una fuente de rayos cósmicos. Crédito: IceCube / NASA

Dos veces en los últimos 13 años, como informa Adrain Cho en Science, se detectaron partículas del espacio exterior que atravesaron la Tierra y llegaron a la atmósfera por encima de la Antártida, provocando débiles pulsos de ondas de radio que fueron detectados por un detector instalado en un globo aerostático a 35 kilómetros de la capa de hielo. Esos dos eventos generan una incógnita en el Modelo Estándar de las Partículas y Fuerzas Fundamentales, y apuntan a la existencia de nuevas partículas, argumenta un equipo de astrofísicos en un nuevo estudio.

ANITA, un experimento financiado por la NASA, ha volado alrededor del Polo Sur cuatro veces desde 2006. Ha buscado principalmente evidencias de partículas elusivas llamadas neutrinos que chocan contra el hielo debajo y provocan que las partículas se difundan para luego emiten ondas de radio. ANITA todavía tiene que detectar tales señales. Sin embargo, el instrumento ha encontrado señales de radio producidas por otros tipos de partículas del espacio, conocidas genéricamente como rayos cósmicos, cuando chocan contra la Tierra.

Cuando un rayo cósmico, como un protón, golpea la atmósfera, provoca una avalancha de partículas cargadas de alta energía llamada «air shower». La trayectoria se dobla en el campo magnético de la Tierra, lo que hace que produzca ondas de radio que se emiten delante de la air shower como un faro. Por lo general, ANITA ve las ondas de radio de las air shower que se mueven hacia abajo después de que rebotan en el hielo y se reflejan en el globo. Ocasionalmente, detecta ondas de radio que vienen directamente de las air shower que viajan de lado en la atmósfera desde el horizonte.

El experimento de Antarctic Impulsive Transient Antenna ha volado cuatro veces sobre la Antártida y ha visto dos eventos de partículas difíciles de explicar
El experimento de Antarctic Impulsive Transient Antenna ha volado cuatro veces sobre la Antártida y ha visto dos eventos de partículas difíciles de explicar. Crédito: NASA

Las dos señales difieren de manera clave. Las ondas de radio están polarizadas de una manera determinada por la dirección del campo magnético de la Tierra. Pero esa polarización cambia cuando las ondas de radio se reflejan en el hielo, mientras que una señal de una ducha lateral mantiene su polarización original.

Entonces, ¿ANITA detectó una partícula que no se tuvo en cuenta en el Modelo Estándar? El nuevo documento mostró que ha habido más partículas de alta energía ascendentes que las detectadas durante los dos eventos ANITA.

El equipo de ANITA se dio cuenta de los dos eventos extraños, describiéndolos en documentos anteriores, pero Besson advierte contra los saltos a las conclusiones. El análisis completo asume que las polarizaciones sin desviar de las dos señales prueban que provienen de partículas que vienen a través de la Tierra.

Fox dice que su objetivo es lograr que la comunidad tome en serio la posibilidad de que los resultados de ANITA apunten a una nueva física. Él enfatiza que no está reclamando el descubrimiento de una nueva partícula. Pero se mantiene firme en la afirmación en el documento de que los datos descartan una explicación de modelo estándar de los eventos en el nivel de confianza estadística que los físicos de partículas requieren para reclamar un descubrimiento definitivo.

Los investigadores de Penn State calcularon que, independientemente de la partícula que se esté disparando desde las profundidades del Polo Sur, tiene una probabilidad mucho menor de 1 en 3.5 millones de ser parte del Modelo Estándar.

El estudio científico ha sido publicado en el servidor de pre-impresión arXiv.org.

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