La Colaboración Askaryan Radio Array detectó trece eventos de señales de radio impulsivas emergentes desde debajo de la superficie del hielo antártico durante una campaña de observación de 208 días en 2019. El resultado, publicado en Physical Review Letters, valida una técnica experimental largamente esperada y marca un hito en la búsqueda de partículas cósmicas elusivas.

El análisis de estas señales fue realizado utilizando equipos específicos enterrados entre 150 y 200 metros bajo el hielo en el Polo Sur, distribuidos en cinco estaciones a lo largo de dos kilómetros. Los investigadores evaluaron la frecuencia, forma de onda, dirección de llegada y orientación eléctrica de cada detección. La probabilidad de que los 13 eventos se explicaran únicamente por ruido de fondo —interferencia de radar de aeronaves o comunicaciones de la cercana Estación Amundsen-Scott— es menor a una entre 3,5 millones, lo que arroja una significancia estadística de 5,1 sigma, muy por encima del umbral que la comunidad científica requiere para reconocer un hallazgo como descubrimiento.

El fenómeno detectado fue predicho hace más de medio siglo. En 1962, el físico soviético Gurgen Askaryan anticipó que partículas de alta energía atravesando un medio denso producirían una ráfaga característica de ondas de radio. Este mecanismo, conocido como radiación askariana, ocurre cuando una partícula primaria impacta contra un átomo y desencadena cascadas de partículas secundarias que arrancan electrones del material, creando un frente de radiación cargado negativamente.

Aunque experimentos de laboratorio demostraron la radiación askariana en diferentes entornos y fue observada posteriormente en el aire, detectar el efecto sobre el hielo presentó dificultades notables. Los entornos polares están repletos de fuentes de ruido radioeléctrico que dificultan aislar señales genuinas, y las simulaciones informáticas no alcanzaron el grado de sofisticación necesario para modelar el comportamiento del efecto en el hielo hasta fechas recientes.

La clave del descubrimiento radica en la capacidad del detector para discernir entre señales provocadas por rayos cósmicos y aquellas generadas por neutrinos. Ambas generan radiación askariana en el hielo, pero los rayos cósmicos solo penetran las capas más superficiales, mientras que los neutrinos pueden atravesar kilómetros de hielo y producir señales en trayectorias mucho más inclinadas. Los datos confirman que el esquema del detector es adecuado para perseguir el objetivo más ambicioso del proyecto: identificar neutrinos cósmicos de ultra alta energía.

La Colaboración Askaryan Radio Array anticipa la publicación de un conjunto ampliado de datos que cubrirá la actividad de las cinco estaciones a lo largo de varios años. Los investigadores proyectan detectar hasta siete posibles eventos candidatos a neutrinos en registros venideros, abriendo nuevas posibilidades para acceder a procesos de los más energéticos y enigmáticos del universo.