Señales cósmicas inexplicables en la Antártida: ANITA detecta partículas que desafían la física de partículas

En las profundidades heladas de la Antártida, un experimento ha captado señales que parecen venir del interior de la Tierra. ¿Estamos ante el eco de partículas desconocidas o un desafío inicio de una nueva física.

Por Enrique Coperías

Los inusuales pulsos de radio fueron detectados por el experimento ANITA, una serie de instrumentos instalados en globos que sobrevuelan la Antártida y diseñados para detectar ondas de radio procedentes de rayos cósmicos que inciden en la atmósfera. Crédito: Stephanie Wissel / Penn State.

En el extremo más austral del planeta, sobre el desierto blanco de la Antártida, un grupo de científicos ha escuchado algo inaudito. A bordo de globos estratosféricos, la Antena Antártica de Impulso Transitivo (ANITA) ha detectado una serie de pulsos de radio que no solo han sorprendido a los investigadores, sino que también desafían de forma directa uno de los pilares de la física moderna: el modelo estándar de partículas.

Estos pulsos de radio no provenían del cielo, como cabría esperar de un experimento diseñado para estudiar rayos cósmicos. No. Lo verdaderamente sorprendente fue que parecían emerger desde abajo, como si una partícula subatómica —después de atravesar todo el planeta— hubiera logrado salir por la superficie del hielo y emitir una señal detectable.

En la física actual, este suceso es, sencillamente, imposible.

Las observaciones fueron tan inusuales que, desde su detección, en los vuelos ANITA I y ANITA III, han generado todo un torbellino de estudios, hipótesis y nuevas búsquedas por parte de otros experimentos, como el Observatorio Pierre Auger, en Argentina, y el famoso detector de neutrinos IceCube, también en la Antártida. Uno a uno, los instrumentos científicos más avanzados del mundo han tratado de encontrar una explicación. Por ahora, ninguna encaja del todo.

¿Qué es ANITA y qué detectó?

De forma resumida, podemos decir que ANITA es un experimento científico que utiliza antenas instaladas en globos estratosféricos para detectar señales de radio generadas por partículas cósmicas de altísima energía al interactuar con el hielo antártico, especialmente neutrinos cósmicos de ultra energía (UHE) al detectar los pulsos de radio emitidos por sus interacciones con la capa de hielo de la Antártida.

Los citados pulsos detectados por ANITA son señales de radio que se producen cuando partículas de alta energía —como los rayos cósmicos y los neutrinos— interactúan con el hielo antártico. Normalmente, estos pulsos llegan desde arriba, después de que partículas provenientes del espacio chocan con la atmósfera terrestre.

Pero en 2006 y 2014, durante los vuelos ANITA I y ANITA III, se captaron un par de pulsos que venían desde abajo, en trayectorias que los modelos actuales de propagación de partículas no pueden explicar. Según las leyes conocidas de la física de partículas, un neutrino que tratara de atravesar toda la Tierra desde el otro lado sería, con altísima probabilidad, absorbido en el camino. Y sin embargo, ahí estaban: señales cósmicas limpias, potentes y, sobre todo, inexplicables.

ANITA se situó en la Antártida porque hay pocas posibilidades de que allí se produzcan interferencias de otras señales. Para captar las señales de emisión, se envía el detector de radio a bordo de un globo para que sobrevuele extensiones de hielo, captando lo que se denominan lluvias de hielo. Crédito: Stephanie Wissel / Penn State.

Partículas que nos atraviesan como si fuéramos un colador

Stephanie Wissel, profesora de física, astronomía y astrofísica en Penn State y miembro del equipo ANITA, lo resume con meridiana claridad:

«El ángulo de llegada de las señales era de aproximadamente 30 grados por debajo de la superficie del hielo. Según nuestros cálculos, esa señal habría tenido que atravesar unos 6.000 kilómetros de roca sólida. Debería haberse desvanecido mucho antes de llegar al detector».

Parte del enigma gira en torno a los neutrinos, partículas sin carga eléctrica, con masa ínfima y que apenas interactúan con la materia. Son tan escurridizos que cada segundo unos mil millones de ellas atraviesan nuestro cuerpo, como si fuera un colador, sin dejar ningún rastro.

Los neutrinos: mensajeros invisibles del universo

«En este momento, tienes más neutrinos atravesando tu uña del dedo pulgar que personas viviendo en la Tierra —dice Wissel en un comunicado de la PennState. Y añade—: Y la gran mayoría pasa sin interactuar con nada».

Esto hace que detectar un neutrino sea un evento valiosísimo, ya que estas partículas pueden viajar desde los rincones más remotos del universo portando con ellas información sobre supernovas, agujeros negros e incluso los primeros momentos del big bang.

Por eso, cuando un neutrino interactúa y produce una lluvia de partículas secundarias en el hielo —lo que se conoce como un shower o ducha aérea—, los científicos se lanzan a estudiarlo como un mensaje que ha viajado miles de millones de años luz.

Pero las señales captadas por ANITA no encajan en esta narrativa. Su ángulo de llegada, su intensidad y su forma sugieren otra cosa. Y eso ha generado un terremoto conceptual.

¿Qué reveló el experimento Pierre Auger?

Ante la magnitud de lo observado por ANITA, la comunidad científica recurrió al Observatorio Pierre Auger, en Malargüe, Argentina, el mayor detector de rayos cósmicos del mundo, con 3.000 km² de cobertura.

Durante quince años, los científicos de Auger buscaron eventos similares a los de ANITA, enfocándose en señales que pudieran indicar la presencia de lluvias de partículas que suben desde el interior de la Tierra, es decir, eventos de muy alta inclinación (más de 110°). Utilizando su red de telescopios de fluorescencia, analizaron más de 7 millones de eventos registrados.

¿El resultado? Un solo evento que podría ser compatible, pero que también entra dentro del margen esperado por reconstrucciones incorrectas o ruido de fondo. En otras palabras, no encontraron evidencia sólida que respalde las señales detectadas por ANITA.

Si las señales de ANITA fueran causadas por neutrinos tal como se sugirió, entonces Auger debería haber observado entre 8 y 69 eventos similares, dependiendo del modelo. La diferencia es tan grande que «prácticamente descarta» la hipótesis de que lo visto por ANITA sean lluvias de partículas generadas por neutrinos saliendo del hielo.

¿Y si no son neutrinos?

Esa es la gran pregunta. Si las señales no provienen de neutrinos, ¿entonces qué diablos son? Aquí es donde el misterio se convierte en una potencial puerta hacia la física más allá del modelo estándar. Esta teoría escribe las partículas fundamentales del universo —como electrones, quarks y neutrinos— y las fuerzas que actúan entre ellas, excepto la gravedad. Explica cómo todo lo que vemos está hecho de unas pocas partículas y cómo interactúan mediante tres fuerzas: electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.

Algunas teorías especulan con la existencia de partículas exóticas, como monopolos magnéticos, neutrinos estériles o señales indirectas de materia oscura. También se ha sugerido que podría haber errores en los modelos actuales de propagación de señales de radio en el hielo o efectos desconocidos de reflexión y refracción cerca del horizonte.

«Mi corazonada es que hay algún efecto de propagación de radio, quizás cerca de la superficie del hielo o del horizonte, que no entendemos bien todavía —dice Wissel. Y añade—: Lo hemos buscado, pero no hemos encontrado pruebas concluyentes».

Stephanie Wissel y equipos de investigadores de todo el mundo han estado trabajando en el diseño y la construcción de detectores especiales para captar señales sensibles de neutrinos, incluso en cantidades relativamente pequeñas. Incluso una pequeña señal de un neutrino encierra un tesoro de información, por lo que todos los datos tienen importancia, según Wissel. Crédito: Stephanie Wissel / Penn State.

Nuevos experimentos: así nace PUEO

Wissel y su equipo llevan años trabajando en el diseño de nuevos detectores para estudiar estas partículas elusivas. El próximo paso es un ambicioso proyecto llamado PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations), que reemplazará a ANITA con mejor sensibilidad, más cobertura y mayor resolución. Hablamos de un globo de larga duración (LDB) que se lanzará desde la Estación McMurdo, en la Antártida, previsiblemente en diciembre de 2025.

«PUEO será más grande, más preciso y esperamos que nos ayude a detectar más de estas señales o incluso neutrinos reales —explica Wissel—. Ambas cosas serían emocionantes, pero entender estas anomalías cósmicas podría abrirnos la puerta a descubrir una nueva física».

Además, Wissel recalca que el objetivo último no es otro que construir un telescopio de neutrinos a gran escala, capaz de captar eventos extremadamente raros. «Aunque tengamos una tasa de eventos muy baja, cada uno de ellos nos puede dar información única sobre el universo primitivo», comenta Wissel .

¿Un misterio científico o el umbral de una revolución?

Este fenómeno, por desconcertante que sea, es un ejemplo brillante de cómo funciona la ciencia moderna en su forma más pura: una observación inesperada lleva a nuevas hipótesis, a la revisión de teorías y al desarrollo de nuevas herramientas. No se descartan posibilidades, pero se pone a prueba cada una con rigor.

«No es que pensemos que la física está mal —aclara Wissel—. Pero sí es posible que estemos llegando al borde de lo que nuestro modelo actual puede explicar. Y ahí es donde las cosas se ponen realmente interesantes».

Mientras el misterio sigue sin resolverse, globos como ANITA seguirán sobrevolando el hielo antártico, y detectores de partículas en América del Sur continuarán escaneando el cielo nocturno en busca de pistas. Lo que comenzó como un par de pulsos anómalos podría, en unos años, convertirse en el primer indicio de una revolución científica.

Por ahora, todo lo que tenemos son preguntas fundamentales. Pero si algo nos ha enseñado la historia de la ciencia es que las preguntas bien formuladas son el inicio de las grandes respuestas. ▪️

• Información facilitada por la PennSatate

• Fuente: A. Abdul Halim, P. Abreu, M. Aglietta, I. Allekotte, K. Almeida Cheminant, A. Almela, R. Aloisio, J. Alvarez-Muñiz, J. Ammerman Yebra et al. Search for the Anomalous Events Detected by ANITA Using the Pierre Auger Observatory. Physical Review Letters (2025). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.121003