Nuestro mejor modelo de física de partículas estalla en las costuras mientras lucha por contener todas las rarezas del universo. Ahora, parece más probable que nunca que explote, gracias a una serie de eventos extraños en la Antártida ...
La muerte de este paradigma físico vigente, el Modelo Estándar, se ha predicho durante décadas. Hay indicios de sus problemas en la física que ya tenemos. Extraños resultados de experimentos de laboratorio sugieren parpadeos de nuevas especies fantasmales de neutrinos más allá de los tres descritos en el Modelo Estándar. Y el universo parece estar lleno de materia oscura que ninguna partícula en el Modelo Estándar puede explicar.
Pero la evidencia tentadora reciente podría un día unir esos vagos hilos de datos: tres veces desde 2016, partículas de energía ultraalta han estallado a través del hielo de la Antártida, activando detectores en el experimento de la Antena Transitoria Impulsiva Antártica (ANITA), un máquina colgando de un globo de la NASA muy por encima de la superficie congelada.
Como informó Live Science en 2018, esos eventos, junto con varias partículas adicionales detectadas más tarde en el observatorio de neutrinos antártico enterrado IceCube, no coinciden con el comportamiento esperado de ninguna partícula del Modelo estándar. Las partículas se ven como neutrinos de ultra alta energía. Pero los neutrinos de ultra alta energía no deberían poder atravesar la Tierra. Eso sugiere que algún otro tipo de partícula, una que nunca se ha visto antes, se arroja al frío cielo del sur.
Ahora, en un nuevo artículo, un equipo de físicos que trabajan en IceCube ha arrojado grandes dudas sobre una de las últimas explicaciones restantes del Modelo Estándar para estas partículas: aceleradores cósmicos, pistolas gigantes de neutrinos escondidas en el espacio que periódicamente dispararían intensas balas de neutrinos a la Tierra. Una colección de pistolas de neutrinos hiperactivas en algún lugar de nuestro cielo del norte podría haber lanzado suficientes neutrinos a la Tierra como para detectar partículas disparadas desde el extremo sur de nuestro planeta. Pero los investigadores de IceCube no encontraron ninguna evidencia de esa colección, lo que sugiere que se necesita una nueva física para explicar las misteriosas partículas.
Para entender por qué, es importante saber por qué estas partículas misteriosas son tan inquietantes para el Modelo Estándar.
Los neutrinos son las partículas más débiles que conocemos; son difíciles de detectar y casi sin masa. Pasan por nuestro planeta todo el tiempo, principalmente del sol y rara vez, si es que alguna vez, chocan con los protones, los neutrones y los electrones que forman nuestros cuerpos y la suciedad debajo de nuestros pies.
Pero los neutrinos de ultra alta energía del espacio profundo son diferentes de sus primos de baja energía. Mucho más raros que los neutrinos de baja energía, tienen "secciones transversales" más anchas, lo que significa que es más probable que choquen con otras partículas a medida que pasan a través de ellas. Las probabilidades de que un neutrino de energía ultraalta llegue intacta a través de la Tierra son tan bajas que nunca esperarías detectar que sucede. Es por eso que las detecciones de ANITA fueron tan sorprendentes: fue como si el instrumento hubiera ganado la lotería dos veces, y luego IceCube lo había ganado un par de veces más tan pronto como comenzó a comprar boletos.
Y los físicos saben con cuántos boletos de lotería tuvieron que trabajar. Muchos neutrinos cósmicos de ultra alta energía provienen de las interacciones de los rayos cósmicos con el fondo cósmico de microondas (CMB), el tenue resplandor del Big Bang. De vez en cuando, esos rayos cósmicos interactúan con el CMB de la manera correcta para disparar partículas de alta energía a la Tierra. Esto se llama el "flujo", y es lo mismo en todo el cielo. Tanto ANITA como IceCube ya han medido cómo se ve el flujo cósmico de neutrinos para cada uno de sus sensores, y simplemente no produce suficientes neutrinos de alta energía como para esperar detectar un neutrino volando fuera de la Tierra en cualquiera de los detectores, incluso una vez .
"Si los eventos detectados por ANITA pertenecen a este componente difuso de neutrinos, ANITA debería haber medido muchos otros eventos en otros ángulos de elevación", dijo Anastasia Barbano, física de la Universidad de Ginebra que trabaja en IceCube.
Pero en teoría, podría haber habido fuentes de neutrinos de ultra alta energía más allá del flujo de todo el cielo, dijo Barbano a Live Science: esas armas de neutrinos o aceleradores cósmicos.
"Si no se trata de neutrinos producidos por la interacción de rayos cósmicos de ultra alta energía con el CMB, entonces los eventos observados pueden ser neutrinos producidos por aceleradores cósmicos individuales en un intervalo de tiempo determinado" o alguna fuente terrestre desconocida, Dijo Barbano.
Los blazars, los núcleos galácticos activos, los estallidos de rayos gamma, las galaxias de estallido estelar, las fusiones de galaxias y las estrellas de neutrones magnetizadas y de giro rápido son todos buenos candidatos para ese tipo de aceleradores, dijo. Y sabemos que los aceleradores cósmicos de neutrinos existen en el espacio; En 2018, IceCube rastreó un neutrino de alta energía hasta un blazar, un chorro intenso de partículas provenientes de un agujero negro activo en el centro de una galaxia distante.
ANITA recoge solo los neutrinos de alta energía más extremos, dijo Barbano, y si las partículas que volaban hacia arriba eran neutrinos impulsados por el acelerador cósmico del Modelo Estándar, muy probablemente los neutrinos tau, entonces el rayo debería haber venido con una ducha de agua más baja. -partículas energéticas que habrían disparado los detectores de baja energía de IceCube.
"Buscamos eventos en siete años de datos de IceCube", dijo Barbano, eventos que coincidían con el ángulo y la longitud de las detecciones de ANITA, que esperaría encontrar si hubiera una batería significativa de pistolas de neutrinos cósmicos disparando a la Tierra para producir estas partículas ascendentes. Pero ninguno apareció.
Sus resultados no eliminan por completo la posibilidad de una fuente de acelerador por ahí. Pero sí "limitan severamente" el rango de posibilidades, eliminando todos los escenarios más plausibles que involucran aceleradores cósmicos y muchos menos plausibles.
"El mensaje que queremos transmitir al público es que una explicación astrofísica del Modelo Estándar no funciona, no importa cómo se corte", dijo Barbano.
Los investigadores no saben qué sigue. Ni ANITA ni IceCube son detectores ideales para las búsquedas de seguimiento necesarias, dijo Barbano, dejando a los investigadores con muy pocos datos en los que basar sus suposiciones sobre estas misteriosas partículas. Es un poco como tratar de descubrir la imagen en un rompecabezas gigante con solo un puñado de piezas.
En este momento, muchas posibilidades parecen ajustarse a los datos limitados, incluida una cuarta especie de neutrino "estéril" fuera del Modelo Estándar y una gama de tipos teorizados de materia oscura. Cualquiera de estas explicaciones sería revolucionaria.hjh Pero ninguna es muy favorecida todavía.
"Tenemos que esperar a la próxima generación de detectores de neutrinos", dijo Barbano.
