Mil millones de toneladas de hielo del polo Sur para observar neutrinos

Si los experimentos de física de partículas suelen ser sorprendentes, el IceCube bien puede ser el más peculiar. Se trata de un observatorio de neutrinos de alta energía que utiliza mil millones de toneladas de hielo profundo antártico, de extremada transparencia, para detectar neutrinos con gran precisión, tal vez las partículas elementales más fantasmagóricas dado que apenas interaccionan con la materia y billones de ellas atraviesan cualquier cosa cada día, incluso el cuerpo humano, sin que se note. Por eso es dificilísimo verlas y por eso los físicos diseñan extraños dispositivos para estudiarlas. El IceCube, que se empezó a construir en 2004 justo en el polo Sur, junto a al base científica estadounidense Amundsen-Scott, tras años de planes y ensayos; se terminará en enero de 2011.

El observatorio, que en la superficie se extiende un kilómetro cuadrado y se adentra en el hielo antártico hasta 2.500 metros de profundidad, esta formado por un conjunto de 86 líneas verticales con detectores y equipos electrónicos. En total son 5.160 sensores ópticos, además de todos los dispositivos de registro y transmisión de datos. Para colocar las líneas se van haciendo perforaciones de 61 centímetros de diámetro en el hielo con agua caliente, se bajan las líneas de instrumentos y, cuando el agua se vuelve a congelar, quedan fijas. La dificultad de la construcción del Icecube y las complicaciones de la logística en el continente blanco han sido tremendas, explican el director científico del proyecto, el estadounidense Francis Halzen y su colega Spencer Klein en un largo artículo publicado en una revista del Instituto Americano de Física (API) ahora que se acerca ya la hora de comenzar (el año que viene) la investigación. Con él, afirman, se abren las puertas de la auténtica astronomía de neutrinos. En los fenómenos más violentos del universo, como explosiones estelares, agujeros negros o estallidos de rayos gamma, se generan estas partículas y su estudio ayudará a resolver misterios de estos fenómenos cósmicos.

IceCube se basa en el hecho de que cuando un neutrino choca contra el núcleo de una molécula del agua helada se genera una emisión de luz llamada Cherenkov que ven los sensores del detector. La información combinada de los sensores perfectamente calibrados y sincronizados permitirá reconocer las fuentes de esos neutrinos en el universo. También la materia oscura puede desvelarse en esta gran instalación, aseguran los especialistas.

El nuevo gran detector, cuyo coste asciende a 212 millones de euros, es heredero directo de varios predecesores, trampas de de neutrinos también peculiares (con las líneas sumergidas en el mar por, ejemplo) y varios han tenido éxito y funcionan. Otros fracasaron porque el reto era excesivo para la tecnología del momento, como el Dumand, que se empezó a montar cerca de Hawai para aprovechar las aguas oceánicas allí como Icecube aprovecha el hielo transparente de la Antártida, recuerdan Halzen y Klein. Un detector en el lago Baikal y tres en el Mediterráneo (Antares, Nestor y Nemo) han aportado los conocimientos y la experiencia suficiente para confiar en el éxito del IceCube. Antares, cerca de la costa francesa, instalado a 2.400 metros de profundidad, está ya completo con 12 líneas de sensores y funciona. Otros observatorios, más pequeños pero muy eficaces para determinados estudios están en funcionamiento, como el Superkamiokande japonés o el SNO canadiense, situado en las profundidades de una mina de carbón.

Pero el antecesor directo del IceCube ha sido el Amanda, también instalado en el continente blanco y en funcionamiento desde 2000 a 2009. El nuevo dispositivo es mucho más ambicioso y, gracias a su gran tamaño, permitirá llegar más lejos científicamente. "Hacen falta inmensos detectores de partículas para capturar neutrinos cósmicos en cantidades estadísticamente significativas", escriben los dos físicos en la revista Review of Scientific Instruments de la API. El IceCube observará varios cientos de neutrinos de alta energía cada día, según las previsiones.

La construcción de una instalación como IceCube en la Antártida, un proyecto internacional liderado por la National Science Foundation estadounidense, es extremadamente compleja. La temporada anual para trabajar es muy corta, solo de mediados de octubre a mediados de febrero (el verano austral), y para hacer todas las perforaciones en el hielo colocando las líneas de sensores han hecho falta siete campañas. Solo el transporte hasta el polo Sur de todo el material, desde perforadoras hasta plantas energéticas y de agua caliente hasta bombas de alta presión, es ya una complicación. La mayor parte de los equipos han sido especialmente diseñados para este trabajo. Halzen y Klein agradecen especialmente el apoyo que presta en el proyecto el personal de la base antártica Amundse-Scott.