Un antineutrino ha sido detectado en la Antártida y su colisión en el continente gélido ha sido ahora confirmado.

El detector de partículas más remoto de la Tierra ha detectado la partícula de antimateria más enérgica de la historia: una única partícula ultraligera que chocó contra el hielo antártico con la energía (relativamente) atronadora de 6.300 mosquitos voladores.

La colisión ocurrió en 2016, pero los investigadores solo confirmaron los detalles del evento el 10 de marzo en un artículo publicado en la revista Nature.

Este antineutrino, una contraparte de antimateria de las partículas tenues y difíciles de detectar conocidas como neutrino, chocó con un electrón en algún lugar del hielo de la Antártida a casi la velocidad de la luz. Esa colisión creó una lluvia de partículas detectadas por el Observatorio de Neutrinos IceCube enterrado, una instalación responsable de gran parte de la importante investigación de neutrinos de alta energía de la última década.

Resonancia de Glashow

Ahora, los físicos de IceCube informan que esa lluvia de partículas incluyó evidencia de un evento teorizado desde hace mucho tiempo pero nunca antes visto conocido como «resonancia de Glashow».

Fotografía muestra la parte de la superficie del Observatorio de Neutrinos IceCube. Crédito: Martin Wolf / IceCube / NSF

En 1960, el físico Stephen Glashow, entonces investigador de posgrado en el Nordic Institute for Theoretical Physics de Dinamarca, predijo que cuando un antineutrino de energía suficientemente alta colisionara con un electrón, produciría una partícula pesada de corta duración conocida como un bosón W. La predicción de Glashow se basó en las reglas fundamentales del Modelo Estándar de la Física de Partículas, una teoría que domina cómo los investigadores entienden todo, desde el interior de los átomos hasta la luz y la antimateria.

La detección de la resonancia de Glashow es una poderosa confirmación del modelo estándar. Pero requiere que el neutrino transporte mucha más energía de la que cualquier acelerador de partículas de 1960 – o 2021 – puede producir: 6.3 petaelectronvoltios (PeV).

Por lo general, es difícil comprender los números involucrados en las partículas de alta energía. Un solo neutrino tiene una masa de aproximadamente 2 billones de billones de billones de billonésimas de gramo, y miles de neutrinos de baja energía del Sol pasan a través de su cuerpo cada segundo del día sin efectos notables.

Detalle y diferencia entre un neutrino y un antineutrino.

Enormes cantidades de energía

Un neutrino con 6.3 petaelectronvoltios (PeV) de energía es otra bestia por completo. Según el CERN, el laboratorio europeo de física, un teraelectronvoltio (TeV) equivale a la energía de un solo mosquito que vuela a 1.6 km / h (1 mph). Y 6.3 PeV es 6.300 TeV. Así que convierta ese mosquito en un enjambre de 6.300 (o acelere a Mach-8.2, más de cuatro veces la velocidad máxima de un F-16) y tendrá la energía de la única partícula infinitesimal requerida para la resonancia de Glashow.

Otra forma de pensar en 6.3 PeV: es 450 veces la energía máxima que el Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador multimillonario de 27 kilómetros de largo del CERN responsable de la detección del bosón de Higgs, debería poder producir hacia finales de esta década tras las actualizaciones en curso.

Laboratorio IceCube en la Estación Amundsen-Scott del Polo Sur, en la Antártida.

Dada la enorme energía requerida, nadie esperaba detectar la resonancia de Glashow usando solo herramientas humanas. Pero IceCube, que detecta partículas que caen del cielo, recibe ayuda del vasto universo. La partícula que chocó contra el hielo en 2016 produjo una lluvia característica de partículas que, según los investigadores, provienen de un bosón W en descomposición, que es una partícula fundamental que, junto con el bosón Z, se cree que es responsable de la fuerza débil. Y ese es el signo revelador de un antineutrino de 6.3-PeV y la resonancia de Glashow.

Los investigadores aún no están seguros de qué acelerador cósmico produjo la monstruosa partícula de antimateria, pero dijeron que más eventos deberían ayudarlos a refinar sus modelos de los cánones espaciales naturales que producen partículas tan extremas y las disparan a la Tierra.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Nature.