Hace poco más de una década, los físicos detectaron por primera vez neutrinos astrofísicos procedentes de aceleradores cósmicos, un hito que dio comienzo a una nueva era para la astronomía de neutrinos. Como estas partículas apenas interactúan con la materia, pueden llegar hasta la Tierra casi sin impedimentos y aportar información única sobre algunos de los fenómenos más extremos del universo.
Sin embargo, pese a los importantes avances logrados por distintos observatorios, la mayor parte de las fuentes de estos neutrinos sigue sin identificarse. Con ese objetivo nace TAMBO (Observatorio de Montaña de Chubascos Atmosféricos de Tau), un observatorio que, en lugar de utilizar grandes volúmenes de hielo como detector, aprovechará las montañas para localizar con mayor precisión los neutrinos de más alta energía y hacerlo con un coste muy inferior al de las instalaciones actuales y previstas. La propuesta del proyecto se publica en la revista Nature Astronomy.
Uno de los principales obstáculos para identificar el origen de los neutrinos cósmicos es el intenso ruido de fondo generado por muones y neutrinos producidos en la atmósfera, cuya señal es aproximadamente un millón de veces más intensa. TAMBO pretende superar esta dificultad utilizando un valle como escudo natural y centrando la búsqueda en los esquivos neutrinos tau, capaces de atravesar mayores espesores de la corteza terrestre.
«Lo que más me entusiasma de TAMBO es la nueva física que puede hacer posible», explica Pavel Zhelnin, doctorando de la Universidad de Harvard. «Los neutrinos tau son las partículas menos estudiadas del Modelo Estándar porque se han detectado muy pocos. TAMBO contribuirá a cambiar esa situación y permitirá investigarlos a energías que hasta ahora eran inaccesibles».
Cuando un neutrino tau interactúa con las moléculas de la roca produce otra partícula de vida muy corta, el leptón tau. Tras emerger a la superficie del valle, este leptón se desintegra y genera una cascada de partículas en la atmósfera que será registrada por unos 5.000 sensores de plástico instalados en la ladera opuesta.
Una nueva forma de hacer astronomía
«TAMBO es un experimento especialmente apasionante porque inaugura una nueva forma de hacer astronomía de neutrinos», señala Will Thompson, investigador posdoctoral de la Universidad de Harvard. «Si IceCube transformó el hielo de la Antártida en un gigantesco telescopio de neutrinos, el objetivo de TAMBO es convertir un profundo valle de montaña en otro telescopio natural. Encontrar nuevas formas de aprovechar las características de la Tierra para estudiar neutrinos procedentes de fuera de nuestra galaxia es uno de los aspectos más estimulantes de este campo».
Aunque TAMBO detectará un menor número de neutrinos que IceCube, la proporción de eventos de origen verdaderamente cósmico será considerablemente mayor. A las energías a las que operará el experimento, la señal de los neutrinos cósmicos domina claramente sobre el fondo atmosférico, de modo que cualquier neutrino registrado tendrá una alta probabilidad de proceder del espacio.
Como el observatorio requiere un valle profundo, ancho y con suficiente superficie, los investigadores consideran el valle del Colca, en los Andes peruanos, como uno de los emplazamientos más prometedores.
«TAMBO desempeñará un papel único en la identificación de neutrinos extragalácticos y ofrecerá a la comunidad peruana de física de altas energías la oportunidad de desarrollar una gran infraestructura científica en el país», afirma Alberto Gago, profesor de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). «Además de su impacto científico, el proyecto puede fortalecer el ecosistema nacional de investigación y demostrar a los responsables políticos los beneficios de una mayor participación peruana en grandes experimentos internacionales».
Uno de los rasgos distintivos del proyecto es su compromiso con una selección responsable del emplazamiento y con una construcción respetuosa con el entorno. Los investigadores trabajarán junto a las comunidades locales y especialistas en ciencias sociales para evaluar el impacto ambiental y social del observatorio dentro del ecosistema de montaña.
«Me ilusiona especialmente la posibilidad de colaborar con las comunidades locales y las universidades de Arequipa para reforzar la educación STEM en las escuelas y ampliar las oportunidades de acceso a la educación superior», destaca Deborah Delgado, profesora de Sociología de la PUCP.
Por su parte, Jaco de Swart, investigador Marie Curie de la Universidad de Cambridge y responsable del equipo encargado de la selección responsable del emplazamiento, subraya que el apoyo de la Fundación John Templeton ha permitido integrar las ciencias sociales en el proyecto «para replantear cómo deben colaborar los astrónomos y las comunidades locales».
Actualmente está en marcha el diseño y la construcción de TAMBITO, el prototipo y primera fase del proyecto, que servirá como banco de pruebas antes del despliegue completo de TAMBO, cuya finalización está prevista para 2028.
En quechua, lengua indígena de los Andes, tambo significa «posada» o lugar de descanso para los mensajeros que atravesaban las montañas. El proyecto aspira ahora a convertirse en un refugio para otros mensajeros: los neutrinos cósmicos que transportan información desde los confines más remotos del universo.
Participación de la Universidad de Oviedo
La participación de la Universidad de Oviedo en TAMBO está liderada por Pietro Vischia, investigador Ramón y Cajal de la Universidad de Oviedo (grupo de Física de Altas Energías, Departamento de Física y ICTEA), quien dirige la optimización, basada en técnicas de inteligencia artificial, de la ubicación en la ladera de la montaña de los sensores que conforman TAMBO. «Esto es crucial para garantizar el máximo rendimiento en la detección de neutrinos», afirma Vischia, «pero se trata de un problema nada trivial debido a la irregularidad del terreno, el coste asociado a cada configuración y el tipo de cálculos necesarios para tener en cuenta todos estos factores de manera simultánea durante el proceso de optimización».
El trabajo del equipo de la Universidad de Oviedo forma parte de la línea de investigación NeuroMODE creada y liderada por Vischia, un ambicioso programa multidisciplinar que explora el camino hacia el diseño automatizado de experimentos en física y disciplinas relacionadas.
«El universo de más alta energía siempre nos sorprende cuando desarrollamos una nueva forma de observarlo», concluye Carlos Argüelles, profesor de la Universidad de Harvard y uno de los impulsores del proyecto. «TAMBO ayudará a responder algunas de las grandes preguntas de la física actual, pero esperamos que también descubra fenómenos completamente inesperados. Esa es la razón por la que queremos construirlo».
