Quizá alguno de vosotros haya leído o escuchado hace unos meses algo parecido a lo siguiente: “Científicos de la NASA hallan evidencias de un universo paralelo donde el tiempo va hacia atrás”. Se trata sin duda de una afirmación contundente y, como alguno quizá podría aventurar, algo arriesgada. Una información similar fue publicada en varios medios generalistas españoles e incluso se le dio un cierto espacio en las noticias de distintos canales televisivos. Pues bien, hoy vamos a hablar del experimento que supuestamente está detrás de una evidencia de semejante calibre: “The ANtarctic Impulsive Transient Antenna” (ANITA) o en castellano, Antena Antártica de Impulso Transitivo.
Si me permitís un paréntesis sociológico, lo primero que me pregunto es que, si dicha noticia fuera cierta, ¿cómo es posible que no ocupara un espacio más importante en los medios de comunicación? ¡¿Evidencias experimentales de un universo no solo paralelo sino “donde el tiempo va hacia atrás”?! Creo que cualquiera estaría de acuerdo en que, de ser cierto, se trataría de un hallazgo espectacular. Y de no ser cierto, como algunos sabréis o quizá ya sospechabais, ¿cómo es posible que haya sido reflejada en los medios? Sin adentrarnos en terrenos pantanosos, cualquiera podría conjeturar que la respuesta a ambas preguntas es que ni se le presta demasiada atención a la ciencia (culpa en un grado importante de los propios científicos) ni a contrastar las noticias. En cuanto a esto último, quizá no os sorprenda comprobar que después de más de seis meses, en la web de antena 3 ni siquiera se han molestado en corregir el texto de la noticia.
En cualquier caso, la entrada de este blog está dedicada a explicar qué hay detrás de esta sorprendente noticia y, en concreto, de las observaciones de ANITA1. En realidad, ANITA es un experimento que para los no aficionados podría considerarse también bastante exótico. Se trata de un radiotelescopio que consiste en una serie de antenas colocadas en un globo para que este sobrevuele a unos 35 km de altura sobre la Antártida. El principal objetivo de ANITA es detectar neutrinos extremadamente energéticos provenientes del cosmos. La manera de observar indirectamente dichos neutrinos es detectando los pulsos de radiación electromagnética en el espectro de radiofrecuencias (pulsos de radio) que emiten al interaccionar con las partículas del hielo antártico.
Los neutrinos son partículas ciertamente misteriosas de las que ya se ha hablado en anteriores entradas de este blog. Se trata del único fermión elemental conocido que podría ser al mismo tiempo partícula y antipartícula, algo que podría estar directamente relacionado con el origen de la asimetría entre materia y antimateria que observamos en el universo. Efectivamente, son varias las propiedades que los hacen tan singulares. Por un lado, tienen una masa muy pequeña en comparación con el resto de partículas conocidas, viajando por tanto prácticamente a la velocidad de la luz. Por otro lado, interaccionan muy débilmente, y por tanto son muy difíciles de detectar. Esto significa que, cuando un flujo de neutrinos llega a un detector, solo una pequeña parte de ellos interacciona con las partículas que lo forman. Esa es la razón de que en los experimentos de neutrinos los detectores sean gigantescos: cuanto más grande sea, más neutrinos podrán ser detectados, simplemente por estadística. Como podéis imaginar, construir detectores enormes implica un desembolso importante de dinero. Y como todo en la vida, en el diseño de los detectores se prioriza minimizar los gastos. El caso de ANITA es un ejemplo de como aprovechar los recursos que nos rodean. Buscamos grandes superficies donde tener muchas interacciones y qué mejor sitio que la Antártida. En este caso, la parte del “detector” donde interaccionan los neutrinos es la capa de hielo. Por eso las antenas están colocadas en un globo que vuela a unos 35 km de altura, ya que esto permite detectar los pulsos de radio originados en la interacción de los neutrinos dentro de una capa de hielo bastante grande, aumentando así la probabilidad de detección.
ANITA es además capaz de saber en qué dirección llegan los neutrinos que detecta. Lo interesante de sus resultados recientes es la detección de dos sucesos cuyas propiedades cuadran con las de neutrinos que vienen de abajo. Es decir, neutrinos que han tenido que atravesar una gran parte del interior de la tierra hasta llegar al hielo, dónde interaccionarían dando origen a los pulsos de radio observados. Hasta aquí parece todo razonable. Hemos mencionado que los neutrinos interaccionan débilmente y por tanto no debería extrañarnos que hayan sido capaces de atravesar el interior de la tierra sin colisionar con las partículas que lo forman. Sin embargo hay una importante salvedad, dichos sucesos corresponderían a energías altísimas, ¡a los neutrinos más energéticos jamas detectados! y la interacción de los neutrinos crece con la energía. De manera que neutrinos tan energéticos no podrían ser capaces de atravesar la tierra sin interaccionar con el medio. Muy al contrario, serían “absorbidos” por el medio y por tanto no podrían llegar al hielo antártico ni generar los pulsos de radio observados experimentalmente. Esto es, para neutrinos tan energéticos el interior de la tierra es básicamente opaco.
La pregunta que surge es evidente: si lo que observa ANITA no pueden ser neutrinos, ¿qué es lo que podría haber generado la señal observada en el radiotelescopio? Los científicos han propuesto diversas hipótesis. Existen hipótesis ciertamente más plausibles que la de un universo paralelo, aunque no exentas de problemas y algunas contradicciones. Una posibilidad es que alguna partícula nueva pueda atravesar gran parte de la tierra desintegrándose cuando se acerca a la Antártida en un neutrino que si podría interaccionar con el hielo dando lugar a la señal observada. El problema de esta hipótesis es que no es compatible con las observaciones de otros telescopios de neutrinos como IceCube y Auger, que llevan mucho más tiempo tomando datos y por tanto deberían haber observado una señal similar. También se ha propuesto que los pulsos de radio observados hayan sido reflejados en el hielo, de tal manera que el origen de la señal no venga de abajo si no de arriba y por tanto la partícula fuente no haya atravesado la tierra, evadiendo el problema de su “absorción” en el medio. Estamos hablando de pulsos de radio, y por tanto de ondas electromagnéticas (luz) que se podrían reflejar en el hielo. Sin embargo, si se reflejan en el hielo, dichas ondas electromagnéticas tendrían propiedades distintas (polarización y fase) a las de las ondas que llegan directamente desde debajo de él, lo que permite a ANITA distinguir experimentalmente si los sucesos son reflejados o no. Y ANITA nos dice que esos sucesos tan energéticos no tienen las propiedades de un evento reflejado, excluyendo también esa hipótesis. Una propuesta reciente para salvar este escollo es que en el interior del hielo antártico hay “agujeros” o “cuevas” con distinta inclinación y estructura. La luz al atravesar estas cuevas sufriría una serie de procesos de refracción y reflexión de manera que a la salida del hielo tendría las mismas propiedades que un evento directo que viene de abajo. Es una posibilidad algo rebuscada, porque estas estructuras en el hielo tendrían que tener una orientación muy particular para que todo cuadre. De hecho, ANITA acaba de publicar un nuevo análisis que excluye esta posibilidad.
Finalmente, recientemente, un grupo de científicos que incluye miembros de la Universitat de Barcelona, Fermilab (Chicago), y del IFIC, han hecho una propuesta alternativa que permite explicar estos misteriosos sucesos observados por ANITA siendo, a su vez, compatible con la ausencia de señales en los telescopios de neutrinos IceCube y Auger. La propuesta involucra la existencia de otra partícula llamada axión que formaría parte de la materia oscura del universo. Dichas partículas interaccionarían muy débilmente con los campos electromagnéticos pudiendo dar lugar a los pulsos de radio observados si esta interacción pudiera ser amplificada de alguna manera. Curiosamente, la atmósfera de la tierra tiene una capa situada a una altura de la superficie de la tierra entre 100 y 500 km aproximadamente llamada ionosfera que puede ayudarnos a superar de manera natural este problema. Se trata básicamente de un plasma de electrones con una cierta frecuencia carcacterística. Un pulso de axiones que atraviesa la ionosfera puede interaccionar con el campo magnético terrestre dando lugar a una producción resonante de un pulso de radio si la frecuencia de estos pulsos es similar a la frecuencia característica del plasma. Lo interesante es que, efectivamente, la frecuencia de los pulsos de radio observados por ANITA es parecida a la frecuencia característica de la ionosfera, de manera que esa resonancia se podría producir compensando en parte que la interacción de los axiones con el campo magnético sea tan débil. Los pulsos generados, al tener su origen en la producción a partir de axiones, podrían tener unas propiedades iniciales tales que al reflejarse en el hielo de la Antártida tendrían las mismas características que los pulsos observados por ANITA. Por otro lado Auger y IceCube pueden medir solo sucesos de muy alta energía y nuestros axiones tendrían una energía mucho menor, de manera que su detección indirecta por parte de estos telescopios no sería posible, explicando por qué ANITA sí observa algo pero IceCube y Auger no.
Si esta hipótesis fuera confirmada, un radiotelescopio como ANITA podría convertirse en una nueva ventana al sector oscuro. En cualquier caso, por ahora solo podemos decir que es una propuesta que cuadra con los datos de ANITA, IceCube y Auger. La única manera de desvelar definitivamente el misterio del origen de esta observación tan anómala es por la vía puramente experimental. En otras palabras, tendremos que esperar a ver que nos deparan las futuras medidas para poder empezar a descartar o confirmar esta y otras propuestas teóricas.
Notas al pie: