Los ojos del hielo

“Cuando salgo al exterior y veo la silueta oscura de la estación iluminada por millones de estrellas me siento lejos de casa. Aquí no hay rastro de vida, salvo las 49 personas que pasaremos el invierno”. Freija Descamps, astrofísica, vive desde hace medio año en la estación de investigación Admundsen-Scott. Trabaja en el experimento recién inaugurado IceCube, un detector de neutrinos con el que pretenden encontrar respuesta al origen de uno de los fenómenos más energéticos del Universo, los rayos cósmicos. Freija forma parte de un grupo de 18 mujeres y 31 hombres que no sólo tienen que mantener la estación en funcionamiento, sino que además han de lidiar cada día con las inclemencias propias de una región que pone a prueba la resistencia del hombre. Les llaman los winterover y viven en la Antártida.

“Hoy hace mucho frío. Más del que nunca había sentido”. Como cada mañana durante los últimos seis meses Freija mira una de las estaciones meteorológicas de la estación. “Hoy marca 62ºC bajo cero”. Un nuevo record para ella, pero lejos de los 89ºC negativos del invierno de 1983, la temperatura más baja jamás registrada en la superficie de la Tierra. Después de haber vivido los inviernos lluviosos de Bélgica, donde nació, y el frío de Madison (Wisconsin, EE.UU.), donde realizó su tesis doctoral, esto se hace duro. Pero tiene una recompensa. “Como astrofísica no puedo evitar emocionarme al ver la agenda científica de IceCube”. No le falta razón. Sin duda, IceCube es un experimento ambicioso. Un kilómetro cuadrado de hielo glacial en el que se han introducido más de cinco mil detectores. El objetivo, observar y medir los neutrinos cósmicos que provienen de los lugares más remotos del Universoy cuyo origen aún se desconoce. Para el profesor Francis Halzen, principal responsable y promotor del observatorio, IceCube supone una nueva forma de observar el cosmos. “Miramos al Universo con nuevos ojos”, dice. Unos ojos de hielo.

Los rayos cósmicos son partículas subatómicas que viajan por el Universo con energías muy elevadas, hasta cien millones de veces superiores a las que genera el gran acelerador de hadrones, el LHC. IceCube se centra en estudiar los rayos  cósmicos producidos por neutrinos, también llamados neutrinos cósmicos. Desde su descubrimiento en los años 50, muchos se dieron cuenta de que el neutrino era la partícula ideal para lo que Halzen denomina “astronomía extrema”. Sin prácticamente masa, ni carga eléctrica, se asemeja al fotón como mensajero cósmico. Sin embargo, entre ambos existe una diferencia importante, las interacciones de los neutrinos con la materia son extremadamente débiles. Esta característica los hace esquivos y difícilmente detectables, pero al mismo tiempo supone una cualidad extraordinaria para aquellos que, como Halzen, se dedican a escudriñar el cosmos. Cuando un fotón viaja a través del espacio y llega a la Tierra, puede haber sufrido alteraciones que distorsionen la información original que traía de la fuente. Sin embargo, los neutrinos de altas energías podrán llegar hasta nosotros inalterados desde los límites del Universo, lo que, en palabras de Halzen, “podría darnos información sobre zonas cósmicas nunca vistas, ocultas a los telescopios tradicionales”.

Toca salir. Pese a que la mayor parte del tiempo no es necesario que salgan al exterior, Freija reconoce que le “gusta pasear por fuera de la estación y disfrutar de del cielo estrellado y las auroras australes”. No es fácil prepararse para el frío polar, aunque afirma que apenas tarda unos minutos en ponerse las cinco capas de ropa. Describe una interminable lista de prendas: varios de tipos de guantes, ropa interior de lana, abrigos de plumas, etc. Es lo que se conoce como equipo para frío extremo (ECW por sus siglas en inglés), aunque reconoce que muchos “añadimos alguna que otra prenda más”. Al final, concluye, “sólo hay una regla: no dejes ni 

un centímetro de piel expuesto”. Una vez en el exterior, una línea de banderas rojas indica el camino entre la estación y el laboratorio. “Ya no hay máquinas trabajando fuera, así que sólo se oye el viento, si es que sopla, y el crujir de la nieve bajo mis pies”. En el laboratorio Freija comprueba que el sistema de adquisición de datos (DAQ), conectado con los detectores, funciona correctamente. Todo va bien.

El profesor Halzen responde a nuestras preguntas desde su despacho de la Universidad de Wisconsin, donde, el 29 y 30 de abril, tuvo lugar el evento de inauguración del observatorio. Por fin, después de más de 20 años de trabajo, un gran meeting al que acuden colaboradores e investigadores de todo el mundo da el pistoletazo de salida oficial al experimento del hielo. IceCube no es una idea nueva. Halzen recuerda bien sus inicios, “el concepto nació en 1987, aunque su construcción no se propuso hasta 1999”, una vez se comprobaron los buenos resultados de su predecesor, el experimento AMANDA, también en la Antártida. Reconoce que “con respecto a los pioneros que intentaban construir un instrumento de este tipo en la profundidad del océano, nosotros llegamos tarde”. Sin embargo, ese tiempo les permitió tomar un camino alternativo, el hielo. “Congelar los detectores en el glaciar del Polo Sur es más sencillo que introducirlos en aguas marinas profundas”. Pero no sólo era más sencillo, también descubrieron que “la transparencia óptica del hielo natural es de una calidad que va mucho más allá de lo que podíamos imaginarnos” lo que aumenta la eficiencia de los detectores.

Sobre estos detectores, llamados módulos ópticos digitales o DOM, ha estado trabajando Laura Gladstone, estudiante de doctorado de la Universidad de Wisconsin. “Durante aproximadamente un año antes de viajar al Polo, trabajé con un grupo probando 60 DOM a la vez en un congelador industrial”. Laura no puede contener la emoción al hablar del experimento y de su visita a la estación. “Cuando empecé a estudiar Física, sabía que la gente viajaba por trabajo, pero pensaba más en conferencias y charlas que en el Polo Sur ¿quién no querría venir de visita si tuviera la oportunidad?”. Al principio, a Laura le parecía tan “extraña la idea de viajar al Polo que no lo consideraba en serio”. Sin embargo, en cuanto surgió una plaza para una estancia de verano, decidió que era el momento de intentar la aventura. “Hice un montón de pruebas para asegurarme de que estaba físicamente preparada y comencé a leer biografías sobre la vida en la estación del Polo Sur”. Laura reconoce que “tenía dudas sobre si sabría actuar en un entorno tan extraño”, pero pocas semanas antes del viaje le confirmaron que era una de las elegidas y la decisión estuvo clara. “Estaba ya tan emocionada por la aventura que me había olvidado de las dudas que pude tener en algún momento”. Una de las primeras cosas que le llamaron la atención fueron las puertas de la estación, “eran las mismas  que tenían los congeladores industriales que usábamos para probar los DOM, excepto que allí el frío estaba fuera y nosotros dentro”. Laura no pasó el invierno, pero los meses de verano han sido una experiencia que, sin duda, no olvidará fácilmente. Aún así, el viaje al Polo no es lo único que emociona a la joven investigadora. “El aspecto más emocionante de IceCube no es la Antártida, es estar en la vanguardia del conocimiento. Estamos cerca de encontrar una señal que nos diga si nuestro modelo teórico es correcto o no”.

Existen diversos modelos teóricos sobre el origen de los rayos cósmicos. Todos relacionados con fenómenos astrofísicos violentos como supernovas, explosiones de rayos gamma, agujeros negros o estrellas de neutrones. Halzen confía en las posibilidades del observatorio para descartar algunos de estos modelos. “IceCube ha alcanzado la sensibilidad necesaria para confirmar o descartar explosiones de rayos gamma como el origen de los rayos cósmicos extragalácticos”. Además, asegura que “en unos años podría revelar las fuentes de los rayos cósmicos galácticos” y probar la teoría de Fritz Zwicky, propuesta en 1930, de que éstos están producidos por remanentes de supernova. El profesor de Wisconsin menciona otras posibilidades del observatorio, como “la de revelar física a la escala de Planck” o la de “obtener información de la materia oscura atrapada gravitacionalmente en el Sol”. En cualquier caso, un orgulloso Halzen concluye que “nadie ha construido jamás algo similar y, por lo tanto, todo es posible”. Consciente de lo complejo y espectacular que resulta un observatorio en el Polo, el profesor se despide de nosotros con un deseo, “espero que nuestra ciencia sea mucho más espectacular que el gran logro que ha supuesto crear este detector”.

Mientras tanto, Freija y sus compañeros continúan su día a día en el Polo. “Intento mantener un horario regular, tanto como IceCube lo permite”. Va al gimnasio a diario, trabaja como voluntaria en una pequeña tienda de la estación y ayuda en lo que puede en el resto de los departamentos. Todo para mantenerse ocupada. También participa en los eventos que se organizan en la estación, “el próximo sábado montaremos un cine en el gimnasio y yo seré parte del equipo encargado de hacer las pizzas”. Toda esta actividad evita que los winterover se aíslen demasiado. Al fin y al cabo “estamos atrapados aquí todos juntos”, afirma Freija. El último avión salió el 15 de febrero y no habrá más vuelos hasta finales de octubre, lo que implica ocho meses de asilamiento. El hecho de estar “atrapados” es una realidad que los winterover no pierden de vista. “Aunque dispongamos de un cirujano de emergencia y de un médico en la estación, todos los asuntos sanitarios, incluso los menos importantes, son potencialmente peligrosos”. Aún así, lo que más preocupa a Freija es que “no hay forma de llegar a casa en si hay una emergencia familiar”. Cuando reflexiona sobre el asilamiento y el tiempo que lleva en la estación concluye que dentro se vive “un contraste extraño, estamos aislados, pero a la vez es difícil encontrar tiempo para uno mismo”.

De los 49 que pasan el largo invierno antártico, sólo tres trabajan en IceCube. Todos tienen claro por qué están ahí y que su horario no es fijo. “Nos han contratado para controlar el observatorio y las horas trabajo dependen de cómo esté funcionando el detector”. Freija confía en el funcionamiento del observatorio y presume de estar trabajando con tecnología de calidad, “los DOM son muy sólidos y de fiar”. Aún así, el profesor Halzen confirma que “durante la congelación se ha perdido un 1% de los detectores” aunque asegura que esta pérdida estaba “dentro de la previsiones”. En cualquier caso, una vez perdido un DOM, congelado en las profundidades del Polo, no se podrá hacer nada por recuperarlo. Con las máquinas DAQ, instaladas dentro del laboratorio, la situación es diferente. “Si cualquiera de estas máquinas falla tendremos que trabajar sin descanso hasta que el problema esté resuelto”, afirma Freija. En el observatorio están implicados varios países que invierten mucho dinero y recursos humanos, con lo que no pueden dejar de tomar datos. El experimento apenas lleva unas semanas a pleno rendimiento, y nadie quiere empezar con mal pie. “Estamos disponibles las 24 horas del día, y el sistema de alarma nos despertará si IceCube deja de tomar datos por algún fallo”.

Al terminar la jornada Freija se dirige a su dormitorio, de apenas ocho metros cuadrados. Hoy no toca ducha. El uso del agua está muy limitado y es monitoreado para controlar que nadie gasta más de lo que le corresponde. En la lavandería sólo se puede poner una lavadora a la semana y a carga completa. Pero lo peor es el aseo personal. Mantener agua caliente en pleno invierno antártico implica un consumo enorme de energía, así que el uso de las duchas se restringe a dos semanales, de dos minutos cada una. Aún así, Freija considera que las condiciones de vida en la estación son muy buenas, aunque algunas restricciones sean algo molestas. Cuando se le pregunta sobre la posibilidad de volver otro año no puede evitar sonreír. Reconoce que “la experiencia hasta ahora ha sido fantástica” pero que es “demasiado pronto para responder a esto”. Al fin y al cabo, aún le queda la parte más dura. Se despide recordando que “cada día hace más frío” y su última frase, aunque suena a literatura fantástica, refleja la dureza que espera a los winterover durante los próximos meses. “Se acerca el Invierno”.

Los 5000 ojos

IceCube está compuesto por 86 líneas de detectores enterradas en el hielo hasta alcanzar los 2.500 metros de profundidad. Ocupan una superficie de un kilómetro cuadrado y en total suman 5.160 detectores, denominados DOM. Cada uno de estos dispositivos pesa alrededor de 20 kilogramos y contiene en su interior fotomultiplicadores que detectarán la luz emitida cuando los neutrinos atraviesen el hielo. Francis Halzen, destaca “tres retos fundamentales a la hora de abordar el proyecto”. En primer lugar los agujeros. Las perforaciones de 61 cm de diámetro se realizaron con agua caliente, de modo que una vez introducidas las líneas de detectores, el agua se congelaba dejándolas fijas. En segundo lugar hubo que realizar un mapeado preciso de las propiedades ópticas del hielo, “fundamental para utilizarlo como detector de partículas” según afirma Halzen. Por último, destacaba un problema relacionado con la detección. Contrariamente a lo que se pueda pensar, los DOM no detectarán directamente los neutrinos cósmicos. Cuando un neutrino cósmico choca contra un átomo del hielo produce una partícula, denominada muón, que emitirá una característica luz azul. Está luz será lo que detecten los DOM. El problema es que por cada muón producido por un neutrino que llega al detector, llegan millones más producidos por otros rayos cósmicos que chocan contra la atmósfera. Para filtrar estos últimos, IceCube aprovecha el hecho de que los neutrinos son las únicas partículas que pueden atravesar la Tierra sin sufrir cambios. De esta forma el observatorio utilizará nuestro planeta como filtro. Es decir, en lugar de observar hacia el cielo antártico, pondrá su atención en los neutrinos que provienen de las antípodas del observatorio y que atravesarán la Tierra hasta llegar al detector.

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Comments
One Response to “Los ojos del hielo”
  1. Muy buen reportaje divulgativo!
    Me gusta mucho el toque humano del que lo has conseguido impregnar. Me quedo con el detalle de las duchas 😉

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