Cuando los físicos detectaron señales de alta energía neutrinos viniendo de una dirección bastante improbable en el cosmos, naturalmente buscaron una fuente poderosa que pudiera explicarlo.
Un examen intenso de los orígenes más probables de estas formas más reactivas de partículas 'fantasmas' ha surgido con las manos vacías, abriendo el camino para especulaciones más exóticas sobre lo que podría estar detrás de las señales extrañas.
Rastreando a través de siete años de datos del neutrino-caza Experimento IceCube, un gran equipo de investigadores de todo el mundo ahora se ven obligados a admitir que las explicaciones convencionales para el descubrimiento parecen bastante débiles.
Los neutrinos son miembros de los electrones Modelo estandar de partículas fundamentales. A diferencia de los electrones, tienen masas increíblemente pequeñas y no tienen carga.
Esta neutralidad de cuerpo delgado significa que a los neutrinos no les importa detenerse y conversar con otras partículas. La descomposición atómica en el interior del Sol envía torrentes de ellos a través del planeta cada segundo, con solo una fracción que pasa lo suficientemente cerca de un átomo como para causar una respuesta notable.
Para captar el raro destello de un neutrino chocando contra una molécula de agua congelada, el observatorio IceCube utiliza largas cadenas de equipos sensibles de captura de luz enterrados bajo el hielo antártico.
Durante casi una década, ha estado grabando cientos de flashes por día, construyendo una vasta base de datos de información sobre las direcciones y las energías de los neutrinos que bañan la Tierra.
Pero no es el único juego en la ciudad. Desde una altitud de casi 40 kilómetros sobre la Antártida, suspendida de un globo de helio, la Antena Transitoria Impulsiva Antártica de la NASA (ANITA) captura indicios de neutrinos con energías ridículamente altas que se estrellan contra los átomos de la atmósfera.
Todavía es temprano para ANITA, pero sus primeros vuelos en los últimos años han detectado con éxito varios destellos de las partículas energéticas. Curiosamente, dos de las señales no provienen del cielo vacío de arriba, sino a través del planeta mismo.
Para un neutrino perezoso recién llegado del sol, esto no sería tan sorprendente. Pero en el tipo de energías registradas por ANITA, los neutrinos se convierten en verdaderos socialites, fusionándose con los átomos de nuestro planeta a un ritmo mucho más alto para dejar muy pocos intactos.
"Se dice comúnmente que los neutrinos son partículas 'evasivas' o 'fantasmales' debido a su notable capacidad de atravesar el material sin estrellarse contra algo". dice el astrofísico Alex Pizzuto de la Universidad de Wisconsin – Madison en los Estados Unidos.
"Pero a estas energías increíbles, los neutrinos son como toros en una tienda de porcelana: tienen muchas más probabilidades de interactuar con partículas en la Tierra".
Encontrar un par de neutrinos 'alcistas' que atraviesan todo el planeta exige algún tipo de explicación.
Por supuesto, podrían ser descubrimientos casuales de ejemplos increíblemente raros. Ser tan afortunado no está fuera de discusión. Pero es mucho más probable que las partículas detectadas hayan golpeado el planeta como parte de una multitud masiva.
Los neutrinos de alta energía tienden a nacer en interacciones entre los rayos cósmicos y los núcleos atómicos, antes de recibir un fuerte impulso de fuertes campos magnéticos en las profundidades del cosmos.
Debido a esto, los investigadores elaboraron las estadísticas sobre cuántos neutrinos de alta energía se necesitarían para tener una buena oportunidad de que ANITA los descubriera, y buscaron en los datos de IceCube para encontrar eventos potenciales que podrían ser responsables de producirlos en grandes cantidades.
"Este proceso hace que IceCube sea una herramienta notable para hacer un seguimiento de las observaciones de ANITA, porque para cada evento anómalo que ANITA detecta, IceCube debería haber detectado muchos, muchos más". dice la física Anastasia Barbano de la Universidad de Ginebra En Suiza.
"Lo cual, en estos casos, no lo hicimos".
Entonces, ¿a dónde ahora?
En primer lugar, vale la pena tener en cuenta que incluso los experimentos profesionales mejor financiados pueden ser susceptibles a errores.
Hace menos de una década, hubo una oleada de emoción por la posibilidad de encontrar neutrinos moviéndose más rápido que la luz … un encontrar que fue probado en profundidad, antes de ser encontrado para ser más que probable un error.
los nuevos hallazgos están disponibles actualmente en el sitio de preimpresión arXiv.org, con una presentación en curso para El diario astrofísico, donde los resultados recibirán un mayor escrutinio de la comunidad científica.
Pero hay algunas posibilidades tentadoras que podemos considerar incluso ahora, e incluso nos atrevemos a imaginar explicaciones fuera de la física establecida.
"Nuestro análisis descartó la única explicación astrofísica del Modelo Estándar que queda de los eventos ANITA anómalos". dice Pizzuto.
"Entonces, si estos eventos son reales y no solo debido a rarezas en el detector, entonces podrían estar apuntando a una física más allá del Modelo Estándar".
Una posibilidad es que los aceleradores cósmicos bombeen ráfagas de neutrinos a escalas de tiempo demasiado breves para que los científicos las atrapen con la tecnología actual.
Si realmente queremos enloquecer, incluso podríamos considerar un papel para materia oscura, o imagine nuevos tipos de partículas que actúan como neutrinos de alta energía pero que se producen de otras maneras.
Hay mucho espacio para preguntas, y en este momento nuestra búsqueda de secretos de neutrinos todavía está en pañales. Con tanto que aprender, se está depositando mucha esperanza neutrinos que proporcionan información en grandes misterios que podrían abrir el camino a una nueva física.
IceCube y ANITA sin duda estarán atentos a más de estos desconcertantes 'fantasmas' de alta energía, con la esperanza de superar los límites de la física.
El papel de preimpresión está disponible en arXiv.org.