Científicos han logrado, por primera vez, evidencia experimental de un fenómeno cósmico poco común que había sido predicho décadas atrás. El hallazgo se realizó gracias a un innovador detector instalado en las profundidades del hielo antártico.

La idea original, concebida durante la Guerra Fría por un físico soviético, ha sido finalmente validada: se detectaron pulsos de radio generados por rayos cósmicos de alta energía, que al interactuar con el hielo producen diminutas “cascadas” de partículas.

Estas cascadas están compuestas por partículas secundarias con carga negativa que emiten señales de radio mientras se desplazan, según explican los astrónomos de la Colaboración del Askaryan Radio Array (ARA), un proyecto enfocado en estudiar algunas de las partículas más energéticas del universo.

Se confirma una predicción de la era de la Guerra Fría

El fenómeno se remonta a principios de la década de 1960, cuando el físico Gurgen Askaryan propuso por primera vez que las partículas de alta energía generarían ondas de radio al atravesar materiales densos. Este fenómeno es el resultado de la colisión de partículas con átomos, lo que produce una lluvia adicional de partículas que captura electrones cercanos. El producto de este barrido de electrones es una lluvia de partículas con carga negativa, que, según predijo Askaryan, generaría emisiones de radio detectables.

Conocido acertadamente como «radiación de Askaryan», la existencia de este fenómeno ya se había confirmado en el laboratorio, aunque el enfoque de los experimentos en curso había buscado determinar si los medios densos que se encuentran en la naturaleza —es decir,gruesas capas de hielo— podrían crear las circunstancias ideales para su generación.

Esta no es una tarea sencilla, como pueden atestiguar los físicos que a lo largo de los años no han logrado detectar dicha evidencia.

Una de las razones de la dificultad es que el «ruido» de radio de fondo en entornos ideales —como los polos de la Tierra— es lo suficientemente abundante como para ocultarlo.

Otro desafío en el pasado tenía que ver con las limitaciones de las simulaciones necesarias para modelar adecuadamente el efecto en medios como el hielo. Sin embargo, superar tales problemas en un exigente entorno polar es precisamente la razón por la que se desarrolló el Askaryan Radio Array (ARA).

Crédito de imagen: NOAA

Aparecen señales anómalas

Con cinco estaciones individuales en la Antártida, el ARA opera antenas de radio a profundidades de hasta 200 metros bajo el hielo, cubriendo un área de alrededor de 2 kilómetros.

Las observaciones realizadas durante más de 200 días en 2019 registraron por primera vez una serie de anomalías relacionadas con misteriosas señales de radio que emanaban desde debajo del hielo.

En ese momento, más de una docena de eventos anómalos dejaron inicialmente perplejos a los científicos. Desde entonces, se han desarrollado simulaciones más avanzadas, y el equipo de la ARA ha estado trabajando para determinar si estas misteriosas señales de radio podrían ser el tan buscado fenómeno de Askaryan.

Se habían considerado otras fuentes de emisiones; además del ruido de radio de fondo, las posibilidades incluyen las comunicaciones de radio de la cercana Estación Amundsen-Scott del Polo Sur e incluso la radio de aeronaves cercanas.

Afortunadamente, el análisis del equipo ARA dio en el blanco, ya que las características clave de las señales que examinaron poseían los rasgos distintivos esperados de la esquiva radiación de Askaryan. En general, el equipo concluyó que sigue siendo muy poco probable que más de una docena de eventos puedan atribuirse a fuentes de fondo comunes u otras fuentes conocidas de emisiones de radio generadas por la actividad humana.

Cascadas de lluvias de partículas

Recreación artística de cómo nos llega un neutrino en rayos cósmicos. Crédito de imagen: NASA / IceCube

Fundamentalmente, los hallazgos del equipo determinaron que las señales eran el subproducto de cascadas orientadas verticalmente de lluvias de partículas cósmicas, las cuales, al entrar en las partes más altas de las capas de hielo de la Antártida, se propagan hacia abajo y generan las esperadas lluvias de partículas negativas que producen emisiones de radio.

El equipo escribe en su estudio:

“La tasa de eventos observada, las direcciones de llegada de la radiación, la forma de la señal, el contenido espectral y la polarización del campo eléctrico son consistentes con la radiación de Askaryan dentro del hielo procedente de núcleos de lluvias de rayos cósmicos que impactan en la capa de hielo.

Teniendo en cuenta los ángulos de llegada, las propiedades temporales y la naturaleza impulsiva de los eventos que se registran, la tasa de eventos no concuerda con la estimación del fondo combinado de eventos de ruido térmico y eventos en la superficie”.

Esto es significativo porque supone un paso importante hacia la detección de neutrinos cósmicos, una variedad esquiva de partículas subatómicas de alta energía que el detector ARA fue diseñado para estudiar. La detección exitosa de la radiación de Askaryan constituye un avance importante en esa misión más amplia, ya que las condiciones que la producen son notablemente similares a las que generan señales asociadas con los neutrinos, con la diferencia principal de que los neutrinos, a diferencia de los rayos cósmicos, pueden penetrar mucho más profundamente, lo que genera señales que emanan desde un ángulo mucho más pronunciado.

En los próximos años, el equipo espera que se detecten más de una docena de eventos similares relacionados con neutrinos utilizando la red ARA, lo que ayudará a proporcionar información significativa sobre algunos de los fenómenos cósmicos más raros.

Los hallazgos de la investigación titulada “Observation of In-Ice Askaryan Radiation from High-Energy Cosmic Rays” han sido publicados recientemente en la revista científica Physical Review Letters.

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Por: CodigoOculto.com