Los bosques podrían funcionar como enormes detectores de neutrinos

Los detectores de neutrinos no crecen en los árboles. ¿O sí? Un físico propone que los bosques podrían utilizarse algún día para detectar neutrinos de ultra alta energía.

Los árboles podrían actuar como antenas naturales que capturan ondas de radio producidas por ciertas interacciones de las difíciles de detectar partículas subatómicas, propone el físico de astropartículas Steven Prohira en un artículo presentado el 25 de enero en arXiv.org.

“Es una idea muy emocionante”, dice la física Amy Connolly de la Universidad Estatal de Ohio en Columbus, quien no estuvo involucrada en el estudio. “Esto podría ser… una solución natural que podría haber estado ahí bajo nuestras narices”. 

Los neutrinos normalmente requieren detectores grandes y sensibles. Esto es especialmente cierto para detectores diseñados para atrapar los neutrinos más raros y de mayor energía que caen sobre la Tierra desde el espacio. Construir detectores tan enormes desde cero es un gran obstáculo. 

Pero los físicos de neutrinos de alta energía son conocidos por construir detectores ingeniosos en entornos naturales. El Observatorio de Neutrinos IceCube busca interacciones de neutrinos utilizando un kilómetro cúbico de hielo antártico, y el Telescopio Neutrino Cúbico Kilométrico, KM3NeT, actualmente en construcción, buscará neutrinos que interactúan en el Mar Mediterráneo. Estos detectores tienen volúmenes lo suficientemente grandes como para hacer posible la captura de neutrinos raros de alta energía.

Para estudiar neutrinos de energías aún más altas, los científicos buscan detectar un tipo particular de neutrino, llamado neutrino tau. Cuando un neutrino de este tipo atraviesa el interior de la Tierra, puede interactuar y producir una partícula llamada leptón tau. Si ese leptón tau escapa del suelo hacia la atmósfera de la Tierra, su descomposición puede producir una lluvia de partículas cargadas que generan ondas de radio. Para detectar estas ondas de radio, los científicos han propuesto detectores como el experimento masivo GRAND, que utilizaría un total de 200,000 antenas divididas en 20 arreglos separados alrededor del mundo.

Dado el enorme esfuerzo necesario para construir ese tipo de detector, “se me ocurrió que sería genial si las antenas ya estuvieran allí”, dice Prohira, de la Universidad de Kansas en Lawrence. Investigaciones previas habían demostrado que los árboles pueden captar ondas de radio. Detectar esas ondas de radio requeriría clavar un alambre en cada árbol o enrollar una bobina de alambre alrededor del tronco de cada árbol y conectar eso a la electrónica para leer las señales. 

Todavía hay muchas preguntas por responder para determinar si la técnica es plausible, reconoce Prohira. Los científicos tendrían que estudiar cómo los árboles se desempeñaron para ondas de radio de muy alta frecuencia, el rango en el que operan los detectores de neutrinos de este tipo. Y las antenas de radio tradicionales pueden construirse de manera precisa, lo que permite una comprensión detallada de cómo responden a diferentes tipos de señales de radio. Los árboles, por supuesto, no pueden. Por ejemplo, no está claro cómo responderían los árboles a la polarización de las ondas de radio, la orientación de sus ondulaciones. Además, el efecto de la vegetación y, para los bosques de hoja caduca, la caída estacional de las hojas, debe investigarse. 

Aunque la idea es inspiradora, dice el físico Eric Oberla de la Universidad de Chicago, “no está claro si sustituir las antenas fabricadas por árboles resolverá más problemas de los que podría crear, y estos desafíos de diseño de detectores deberían abordarse más a fondo”. 

También se necesitaría comprender cualquier impacto que el detector tendría en el bosque. “Dicho detector”, escribe Prohira en el artículo, “debe construirse en armonía con, y con respeto por, la naturaleza; de lo contrario, esta idea no vale la pena intentarla”.