Un telescopio sumergido en el lago más profundo del mundo busca partículas fantasmales que podrían dar pistas sobre el origen del universo

Un nuevo telescopio bajo de la superficie del lago más profundo del mundo ha comenzado a buscar las partículas más raras del universo: los neutrinos.

Estas diminutas partículas no tienen prácticamente masa ni carga eléctrica, lo que las hace difíciles de observar. 

La mayoría de los neutrinos que existen hoy en día se formaron durante el Big Bang, por lo que estudiarlos podría ofrecer información sobre por qué nuestro universo es como es, así como pistas sobre fuerzas misteriosas como la materia oscura.

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El lago Baikal, situado en Rusia, proporciona un medio perfecto para que los científicos observen neutrinos, ya que estas partículas emiten una luz detectable a medida que avanzan a través del agua clara. La profundidad del lago también puede proteger al detector de la radiación y la interferencia.

Así que a principios de este mes, un grupo internacional de científicos lanzó el detector de volumen Baikal-Gigaton, el telescopio de neutrinos más grande del hemisferio norte. 

El detector ahora está sumergido entre 0,6 kilómetros y 1,2 kilómetros por debajo de la superficie del lago y mide un décimo de milla de ancho, largo y alto.

Buscando 'partículas fantasma'

Los investigadores detrás del detector de volumen Baikal-Gigaton, o Baikal-GVD, han estado trabajando en el proyecto desde 2015. 

El grupo proviene de países como la República Checa, Alemania, Polonia, Rusia y Eslovaquia. Según la agencia de noticias rusa TASS, el telescopio de neutrinos costó cerca de 34 millones de dólares.

Los neutrinos son las partículas más abundantes del universo: alrededor de 10 billones de ellos pasan a través de su cuerpo cada segundo, pero son notoriamente difíciles de detectar porque tienden a atravesar la materia sin ser absorbidos por ella como lo son otras partículas.

De ahí el apodo de "partículas fantasma". Los neutrinos no se ven afectados por los campos magnéticos y su carga neutra significa que no interactúan con nada. También se mueven a la velocidad de la luz.

Pero cuando los neutrinos viajan rápidamente a través del agua, emiten energía conocida como radiación de Cherenkov, que produce luz.

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"Si un avión va muy rápido, más rápido que la velocidad del sonido, entonces producirá un sonido, una gran onda de choque, de una manera que un objeto más lento no puede hacer", ha comentado anteriormente a Business Insider Yoshi Uchida, físico del Imperial College de Londres. "Del mismo modo, una partícula que atraviesa el agua, si es ir más rápido que la velocidad de la luz en el agua, también puede producir una onda de choque de luz".

Por eso, los científicos eligieron el lago Baikal, porque su profundidad y agua clara maximizan su capacidad para observar estas ondas de luz. 

El agua prístina significa que habrá una mayor probabilidad de que la radiación de los neutrinos golpee los módulos del detector.

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Y cuanto más grande es el lago, más grande puede ser el telescopio y más neutrinos puede detectar. El lago tiene poco más de 1,6 kilómetros de profundidad y casi 80 kilómetros de ancho.

"El lago Baikal es el único lago donde se puede desplegar un telescopio de neutrinos debido a su profundidad", explica a la AFP Bair Shoibonov, uno de los científicos de Baikal-GVD. "El agua dulce es importante y la claridad del agua también. El hecho de que haya una capa de hielo durante 2 meses y medio también es clave".

Se han construido otros detectores de neutrinos bajo tierra para evitar que entren partículas que no pueden atravesar la materia. La profundidad del lago y la capa de hielo actúan como una barrera similar.

El GVD se asemeja a un pulpo gigante: tiene 8 grupos con 8 hilos cada uno, y cada hilo está salpicado de al menos una docena de módulos de detección de luz.

Estos brazos se ondulan bajo el agua, esperando que los neutrinos choquen con ellos. Cada módulo de vidrio parece un globo transparente, como se muestra en la imagen de arriba. Hasta ahora, el GVD tiene 288 módulos.

Cada una de las 8 cuerdas de los grupos está fijada al lecho del lago mediante pesadas anclas.

Los neutrinos podrían ofrecer pistas sobre el universo temprano

Los neutrinos pueden ayudar a los investigadores a resolver algunos de los mayores acertijos relacionados con los primeros días del cosmos hace 13.800 millones de años.

Una cuestión particular es que los modelos científicos del Big Bang sugieren que la materia y su contraparte, la antimateria, deberían haberse producido en partes iguales. Estos 2 tipos de materia con carga opuesta deberían haberse destruido entre sí al entrar en contacto, dejando un universo vacío.

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Obviamente ese no fue el caso, pero algo inclinó la balanza a favor de la materia. Es posible que el mismo proceso haya creado al mismo tiempo al primo oscuro de la materia, la materia oscura. 

Entonces, los científicos esperan que al estudiar los neutrinos y rastrearlos hasta sus orígenes en el espacio, puedan aprender más sobre lo que sucedió durante los primeros momentos críticos del universo.

Sin embargo, no todos los neutrinos que detecta este telescopio proceden del Big Bang. Algunos se forman a partir de reacciones nucleares, aceleradores de partículas o bombas nucleares, o incluso en el sol y otras estrellas durante su formación, choques, o al morir.

La observación que provienen de algunas de estas otras fuentes cósmicas podría mejorar la comprensión de los investigadores sobre la evolución de las estrellas y la composición interna del sol.

El Baikal-GVD tiene solo la mitad del tamaño del detector de neutrinos más grande de la Tierra, el Observatorio de Neutrinos del Polo Sur IceCube en la Antártida. Ambos utilizan el mismo tipo de módulos para detectar neutrinos.

Pero en el futuro, los científicos de Baikal-GVD esperan duplicar el tamaño del nuevo telescopio agregando más módulos.