Añade: “Estas partículas, al chocar con el medio interestelar, que consiste en gas y plasma, producen rayos gamma y neutrinos. Por eso los neutrinos son perfectos mensajeros de las fuentes de rayos cósmicos de alta energía. Las fuentes de neutrinos de más alta energía que hemos detectado provienen de núcleos activos de galaxias, que contienen agujeros negros supermasivos”.
Así son las "trampas" experimentales para cazar a los fantasmagóricos neutrinos
La búsqueda de estas partículas fantasmales ha requerido algunos de los montajes experimentales más audaces jamás construidos.
¿Qué es IceCube?
Situado en la base Amundsen-Scott, justo en el polo sur geográfico, el Observatorio de Neutrinos IceCube consiste, explica Díaz Vélez, en un arreglo de 5,160 sensores ópticos enterrados en las profundidades, abarcando un kilómetro cúbico de hielo. “El glaciar del polo sur es muy transparente a 1.5 km de profundidad, por lo que los sensores pueden captar la luz que producen unas partículas subatómicas llamadas muones, los cuales se generan como resultado de las poco frecuentes interacciones de neutrinos con átomos del hielo”.
Díaz Vélez tuvo la oportunidad de ir a la Antártida en 2010 para participar en las labores de construcción de IceCube. “Fue una aventura inolvidable”. El observatorio inició operaciones al año siguiente.
¿Cuáles han sido los grandes logros de IceCube en estos 16 años? El primer gran hallazgo de este proyecto fue la detección de neutrinos procedentes de fuentes astrofísicas, es decir, generados por objetos situados fuera de nuestro sistema solar. Posteriormente, se identificó a los núcleos activos de galaxias (AGN, por sus siglas en inglés) como fuentes de estos neutrinos. Uno de los descubrimientos más destacados fue TXS 0506+056, localizado en colaboración con diversos observatorios de rayos gamma, ópticos y de radio mediante lo que se conoce como estudios multimensajero. Se trata de un blazar de alta energía que alberga un agujero negro supermasivo. A partir de este hallazgo, buscaron otros objetos de características similares y confirmaron que esta clase de fuentes es capaz de producir neutrinos de alta energía. Más recientemente, han podido observar la Vía Láctea como una fuente difusa de neutrinos.
Además de sus aportaciones a la astronomía de neutrinos, IceCube ha contribuido de manera importante a comprender mejor la naturaleza y el comportamiento de estas partículas. Por ejemplo, se conocen tres tipos diferentes de neutrinos y, gracias al trabajo de Takaaki Kajita y Arthur B. McDonald (reconocidos con el Premio Nobel de Física de 2015), se sabe que pueden transformarse de un tipo a otro mientras se desplazan. IceCube ha permitido realizar mediciones cada vez más precisas de este fenómeno.
“Otra área de investigación es la de los rayos cósmicos, que es en la que me enfoco”, señala Díaz Vélez. “Hemos descubierto que no provienen uniformemente de todas las direcciones, sino que hay direcciones preferenciales, y esto nos informa sobre la distribución de sus fuentes en la galaxia”. El científico indica que los rayos cósmicos consisten en protones y núcleos de átomos más pesados, y constituyen un fondo muy alto en los datos de IceCube.
“Detectar un neutrino es como buscar una aguja en un pajar: por cada neutrino que detecta IceCube, se detectan más de un millón de muones producidos por rayos cósmicos”.
IceCube: colaboración internacional
Como coordinador de productos de datos de la colaboración IceCube, Juan Carlos Díaz Vélez supervisa el procesamiento de datos experimentales y la producción de simulaciones. ¿Qué es lo que eso implica? “Mi papel principal dentro de IceCube consiste en coordinar a un grupo de científicos en el procesamiento de los datos de IceCube. Esto implica calcular la dirección de arribo, la energía y el tipo de partícula detectada cada 2 milésimas de segundo. Para hacerlo, también es necesario simular rayos cósmicos y neutrinos con tasas comparables. Ambas tareas requieren redes de cómputo de alto rendimiento distribuidas alrededor del mundo, que suman aproximadamente 10,000 núcleos de CPU y 1,000 GPU”.
El investigador apunta que IceCube es una colaboración internacional de 450 personas en 58 instituciones distribuidas en 14 países. “El centro de operaciones de IceCube, donde yo trabajo, está en la Universidad de Wisconsin–Madison. El número de latinoamericanos dentro de la colaboración es de alrededor de 25”.
Díaz Vélez obtuvo su doctorado en Ciencias Físico-Matemáticas en la Universidad de Guadalajara. Es miembro y cocoordinador del grupo de rayos cósmicos del Observatorio de Rayos Gamma de Agua Cherenkov de Gran Altitud (HAWC), ubicado en el flanco norte del volcán Sierra Negra (Puebla, México), donde hizo su trabajo doctoral. Hasta la fecha, como parte de su trabajo, continúa visitando el laboratorio para realizar labores de mantenimiento y monitoreo del detector.
“Como cocoordinador del grupo de rayos cósmicos, comparto labores con mi colega y tocayo Juan Carlos Arteaga para organizar y coordinar los avances de los diversos estudios sobre rayos cósmicos que realizan varios investigadores, muchos de ellos estudiantes de maestría y doctorado”, explica el especialista.
