Trampas para superpartículas

Hay algún tipo de objeto o fenómeno ahí fuera, seguramente incluso más allá de nuestra propia galaxia, que acelera las partículas que emite decenas de millones de veces más que el acelerador más potente que pueda construirse en la Tierra. Esas partículas superenergéticas cruzan el cosmos casi a la velocidad de la luz y, si chocan con la Tierra, desencadenan en la atmósfera toda una lluvia -los científicos hablan de "chubasco"- de cientos de millones de partículas secundarias de menos energía. Detectando esa cascada se obtiene información sobre la partícula original y su procedencia, y se puede investigar qué potente y misterioso fenómeno la ha producido. Ése es el objetivo del observatorio Pierre Auger de rayos cósmicos -así se llaman las partículas procedentes de objetos celestes- que se acaba de inaugurar oficialmente en la localidad argentina de Malargüe, en una planicie al pie de los Andes. El año próximo habrá otro motivo de celebración. Comenzará la fase de desarrollo del observatorio Pierre Auger Norte, que se instalará en Colorado (EE UU).

Los agujeros negros son una posible fuente de fotones y positrones

Es difícil imaginar la energía de las partículas ultraenergéticas. Puesta en relación con la de un electrón de un tubo de los antiguos televisores "es como la energía de una bomba atómica termonuclear comparada con la cabeza de una cerilla", explica desde Argentina Enrique Zas, de la Universidad de Santiago de Compostela y representante español en el observatorio.

Los físicos llevan medio siglo intrigados con qué será lo que puede acelerar tanto estos rayos cósmicos. No en vano la inauguración del Pierre Auger, el mayor despliegue de instrumentos jamás construido para cazarlos, fue una fiesta que congregó a más de un centenar de científicos -entre ellos el Nobel James Cronin, quien ideó el proyecto en 1992 con su colega Alan Watson- y a representantes de los 17 países que participan en el proyecto. De los 42 millones de euros que ha costado el observatorio, el Ministerio de Ciencia e Innovación español ha aportado el 2%, y ahora contribuye con un 8% al mantenimiento. También participan varias comunidades autónomas.

La instalación es imposible de abarcar con la mirada: consiste en 1.600 detectores, que son tanques de agua pura, separados entre sí unos 1,5 kilómetros. Cubren un área de 3.000 kilómetros cuadrados, porque los rayos cósmicos más energéticos son también los menos frecuentes (apenas uno por kilómetro cuadrado y año) y generan cascadas muy amplias, con frentes de hasta 16 kilómetros cuadrados. Así, cada vez que una partícula penetra en un detector, un ordenador envía por radio una señal a un centro de datos que integra la información de los demás. Esta técnica se combina con la detección, con cuatro estaciones de telescopios, de la luz que produce el chubasco a su paso por la atmósfera -como una estrella fugaz, aunque demasiado rápida para que el ojo humano la vea-.

La fiesta del Pierre Auger empezó en realidad el año pasado, cuando se obtuvo el primer resultado sobre el origen de los rayos cósmicos ultraenergéticos: los inmensos agujeros negros que ocupan el núcleo de galaxias activas serían una fuente probable. ¿Cómo se acelera una partícula en un agujero negro? Cuando estos sumideros cósmicos de miles de millones de masas solares devoran materia, en sus inmediaciones se emiten chorros de material que se mueve a casi la velocidad de la luz; una partícula presente en el entorno que interaccionara con estos chorros podría convertirse en un superrayo cósmico.

Confirmar este escenario exige analizar muchas más cascadas "para determinar mejor las distribuciones de direcciones de llegada ", explica Zas. También hace falta saber más sobre los campos magnéticos galácticos y extragalácticos, que influyen en la trayectoria de la partícula, y la naturaleza de esta última. ¿Son protones, núcleos atómicos pesados? Aún no se sabe.

La treintena de investigadores españoles implicados en el Pierre Auger lidera varios grupos de trabajo responsables de analizar los datos. El grupo de Zas, en concreto, analiza los chubascos que llegan inclinados, que podrían conducir a la detección de un tipo concreto de misteriosas partículas: los neutrinos de alta energía. "Los neutrinos son las partículas más desconocidas y más difíciles de detectar. Su descubrimiento también nos daría muchas pistas sobre el origen de todos estos fenómenos", señala el científico. La empresa Isofotón, por otra parte, aporta los paneles solares que dan energía a los 1.600 tanques de agua.

El Pierre Auger Norte cubrirá casi siete veces más superficie que el actual: 20.000 kilómetros cuadrados. La financiación para construir todo el observatorio aún no está asegurada.