Un kilómetro de hielo contra las partículas 'fantasma'; la investigación que llevó a Halzen al Nobel (VIDEO)

¿Cómo se observa algo que atraviesa la Tierra prácticamente sin dejar rastro? La respuesta que llevó a Francis Halzen a ganar el Premio Nobel de Física 2026 parece salida de una novela de ciencia ficción: construir un gigantesco telescopio dentro del hielo del Polo Sur y esperar a que, de vez en cuando, una de las partículas más escurridizas del universo deje una señal.

La Real Academia de las Ciencias de Suecia otorgó este martes el Nobel de Física al físico belga por sus “contribuciones decisivas al Observatorio de Neutrinos IceCube y el descubrimiento de neutrinos de alta energía de origen astrofísico”. Con ello, el trabajo de décadas de Halzen fue reconocido por convertir una idea que parecía arriesgada en una nueva forma de estudiar el universo.

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Halzen, nacido en 1944 en Tienen, Bélgica, y profesor de la Universidad de Wisconsin-Madison, dedicó buena parte de su carrera a una pregunta aparentemente sencilla, pero extraordinariamente difícil: ¿de dónde proceden algunas de las partículas más energéticas que llegan desde el espacio? La respuesta requería observar una partícula que casi nunca interactúa con la materia: el neutrino.

Los “fantasmas” que atraviesan la Tierra

Los neutrinos son partículas subatómicas eléctricamente neutras y con una masa diminuta. Su característica más extraordinaria es que interactúan muy débilmente con la materia. Por eso pueden atravesar enormes cantidades de material sin ser detenidos y, en cantidades enormes, también atraviesan nuestro propio cuerpo constantemente sin que podamos sentirlos.

Esta propiedad es al mismo tiempo su mayor ventaja y su principal problema. Para un detector convencional, un neutrino puede pasar como si nada hubiera ocurrido. Detectarlo exige esperar precisamente el momento excepcional en que uno de ellos choque con el núcleo de un átomo. Pero esa dificultad también convierte a los neutrinos en mensajeros cósmicos extraordinarios.

Los rayos cósmicos, formados principalmente por partículas cargadas, pueden ser desviados por los campos magnéticos que existen en el espacio. Los neutrinos, al no tener carga eléctrica, no sufren ese desvío. Pueden viajar desde regiones extremadamente violentas del universo hasta la Tierra prácticamente en línea recta, conservando información sobre el lugar donde se produjeron.

Esto significa que seguir la trayectoria de un neutrino puede ayudar a localizar algunos de los aceleradores naturales de partículas más poderosos del universo: fenómenos asociados con agujeros negros, explosiones estelares y otros objetos extremadamente energéticos.

La apuesta de Halzen: convertir el hielo en un telescopio

A finales de la década de 1980, Halzen propuso una idea poco convencional: utilizar el gigantesco volumen de hielo transparente de la Antártida como parte de un detector de neutrinos.

La lógica era sencilla, si los neutrinos son tan difíciles de atrapar, hacía falta construir un detector gigantesco. En lugar de fabricar toneladas de material, ¿por qué no aprovechar un recurso que ya existía en cantidades enormes: el hielo del Polo Sur?

El primer paso fue AMANDA, un experimento que permitió comprobar que el hielo antártico podía utilizarse para detectar las señales producidas por estas partículas. Los investigadores perforaron el hielo con agua caliente y colocaron sensores ópticos a gran profundidad. Los experimentos posteriores demostraron que, por debajo de unos mil 500 metros, el hielo era suficientemente transparente para este propósito. Aquella experiencia abrió el camino hacia algo mucho más ambicioso.

En 1999, la colaboración encabezada por Halzen presentó el proyecto de un detector de un kilómetro cúbico en el Polo Sur. La dimensión no era un capricho: los neutrinos de muy alta energía son extremadamente raros, por lo que se necesita un volumen enorme de materia para aumentar las probabilidades de que alguno produzca una señal detectable, y así nació IceCube.

¿Cómo se puede “ver” un neutrino?

IceCube no tiene un espejo que recoja la luz de una galaxia ni una lente que enfoque una estrella, en realidad, utiliza aproximadamente un kilómetro cúbico de hielo antártico equipado con miles de sensores ópticos. El observatorio quedó completado en 2011 y cuenta con 5 mil 160 sensores capaces de registrar diminutos destellos de luz.

Cuando un neutrino tiene la improbable oportunidad de chocar con un núcleo atómico dentro o cerca del detector, puede producir una partícula cargada secundaria. Esta, al atravesar el hielo a una velocidad superior a la de la luz dentro del hielo, genera un débil destello conocido como luz de Cherenkov.

Aquí hay una precisión importante: nada puede superar la velocidad de la luz en el vacío. Lo que ocurre es que la luz viaja más lentamente dentro de un material como el hielo, y una partícula puede desplazarse más rápido que esa luz ralentizada. El resultado es una especie de “cono” luminoso que los sensores pueden registrar.

A partir del momento en que esos sensores detectan la luz, los investigadores reconstruyen la dirección y la energía de la partícula que produjo la señal. De esta manera, un bloque gigantesco de hielo puede convertirse en una especie de cámara tridimensional para estudiar partículas que de otra manera serían prácticamente invisibles.

El descubrimiento que cambió la astronomía

La gran recompensa llegó en 2013, cuando IceCube presentó las primeras evidencias de neutrinos de muy alta energía procedentes de fuera de la atmósfera terrestre y, posteriormente, de fuentes más allá del Sistema Solar.

Aquello era importante por una razón que va mucho más allá de haber detectado unas partículas exóticas. Los científicos habían encontrado una nueva manera de observar el universo.

Durante siglos, la astronomía dependió principalmente de la luz. Después llegaron otras formas de observar el cosmos, como las ondas de radio, los rayos X y los rayos gamma. Los neutrinos añadieron otro tipo de información: partículas capaces de escapar de regiones extremadamente densas y viajar grandes distancias sin ser desviadas de su trayectoria.

En 2017, por ejemplo, IceCube detectó un neutrino de alta energía que permitió señalar la dirección de un blazar, un núcleo galáctico extremadamente energético alimentado por un agujero negro. La observación fue seguida por otros telescopios y se convirtió en una de las demostraciones más importantes del potencial de la llamada astronomía de neutrinos. Para Halzen, sin embargo, llegar hasta ese punto no fue una certeza.

“Nadie sabía si funcionaría”

Tras recibir el Nobel, el físico reconoció que el proyecto comenzó como una apuesta cuyo éxito no estaba garantizado. Incluso él dudaba de que un detector de un kilómetro cúbico fuera realmente capaz de encontrar neutrinos procedentes del universo.

Había una pregunta fundamental que debía responderse antes de invertir años de trabajo y enormes recursos: ¿sería suficientemente grande IceCube para encontrar las partículas que estaban buscando?

“Fue un largo viaje, pero finalmente funcionó”, explicó Halzen, quien atribuyó el resultado al talento de sus colaboradores y también a algo de suerte.

El Nobel reconoce a Halzen, pero el observatorio es producto de una colaboración científica internacional. El propio investigador ha insistido en que el reconocimiento también pertenece a las personas que aceptaron acompañarlo cuando el resultado todavía era incierto.

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Hoy, aquel riesgo ha transformado la manera en que los científicos estudian el universo. IceCube permitió demostrar que los neutrinos de alta energía pueden utilizarse como mensajeros procedentes de algunos de los ambientes más extremos del cosmos.

Los investigadores ya trabajan en detectores más grandes y sensibles que podrían multiplicar la cantidad de neutrinos detectados y revelar nuevas fuentes cósmicas o fenómenos que todavía no conocemos. El propio Halzen considera que en las próximas décadas podrían aparecer descubrimientos inesperados gracias a instrumentos de mayor tamaño.

Con información de EFE.

TG