El único equipo japonés de IceCube participa en un logro mundial
Francis Halzen, de 82 años, de la Universidad de Wisconsin-Madison, recibió el Premio Nobel de Física de 2026 por el Observatorio de Neutrinos IceCube y su descubrimiento de partículas de alta energía procedentes de fuentes cósmicas lejanas. El anuncio del 6 de octubre también reconoce un esfuerzo científico al que la Universidad de Chiba, la única institución japonesa de la colaboración, contribuye desde 2002.
Contenido
- El único equipo japonés de IceCube participa en un logro mundial
- De una idea de 1988 a un observatorio de un kilómetro cúbico
- Cómo detecta el hielo partículas que suelen atravesar la Tierra
- Las primeras señales de Chiba y la fecha del descubrimiento
- Rastrear un neutrino hasta una galaxia lejana
- Una rara interacción de antineutrinos pone a prueba la física de partículas
- Más de 600 detectores nuevos instalados en enero
- Un objetivo mayor para neutrinos de menor energía
- Los hitos que llevaron al premio
- Puntos clave
La Real Academia Sueca de Ciencias señala en su anuncio del Premio Nobel que Halzen fue galardonado «por sus contribuciones decisivas al Observatorio de Neutrinos IceCube y el descubrimiento de neutrinos de alta energía de origen astrofísico». El premio está dotado con 12 millones de coronas suecas.
La contribución de Chiba abarca desde la identificación de las primeras señales de neutrinos cósmicos hasta la construcción de instrumentos que ahora están enterrados bajo el Polo Sur. Sus investigadores ayudaron a relacionar un neutrino con una galaxia lejana, participaron en la primera detección de una rara interacción de antineutrinos y fabricaron cerca del 40 % de los más de 600 detectores ópticos instalados en la última ampliación de IceCube.
Los profesores de la universidad Shigeru Yoshida, de 60 años y director de su Centro Internacional de Astrofísica de Hadrones, y Aya Ishihara, de 52, celebraron el premio en una rueda de prensa el 6 de octubre en el campus de Nishichiba, en la ciudad de Chiba. Ishihara participó en línea desde Nagoya.
El Premio Nobel reconoce a Halzen a título individual. Sin embargo, los logros del observatorio son fruto de un esfuerzo internacional en el que participan alrededor de 450 científicos de 58 instituciones de 14 países. La labor de Chiba muestra cómo un pequeño grupo de investigación llegó a ser clave tanto para interpretar las observaciones como para diseñar la próxima generación de equipos.
De una idea de 1988 a un observatorio de un kilómetro cúbico
Halzen presentó por primera vez, en 1988, su idea de usar el hielo del Polo Sur para detectar neutrinos. Nacido en Tienen, Bélgica, en 1944, obtuvo su doctorado en la KU Leuven en 1969 y llegó a ser profesor en la Universidad de Wisconsin-Madison. Su propuesta consistía en convertir un enorme volumen de hielo natural en un detector de partículas, en lugar de construir un recipiente de laboratorio convencional.
El observatorio terminado utiliza un kilómetro cúbico de hielo bajo la estación Amundsen-Scott del Polo Sur. Su conjunto original contiene 5.160 módulos ópticos distribuidos en 86 cables, con 60 módulos en cada uno.
La construcción comenzó en 2004. Las fuentes indican fechas distintas para su finalización: el historial del proyecto de Chiba sitúa el fin de las obras en diciembre de 2010, mientras que el anuncio del Nobel señala que IceCube quedó terminado en 2011. El funcionamiento de las 86 líneas se inició en 2011, lo que permite distinguir entre el fin de la instalación y el comienzo de las observaciones con el conjunto completo.
El costo inicial de construcción se estimó en 271 millones de dólares, y la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos aportó la mayor parte de los fondos. En su comunicado sobre el premio, la NSF afirma que invirtió en el diseño, la construcción y el funcionamiento de IceCube durante más de dos décadas. El Programa Antártico de Estados Unidos apoyó la construcción en la remota estación.
Mark Pearce, presidente del Comité Nobel de Física, destacó el liderazgo de Halzen para convertir la idea en un observatorio operativo.
«Francis Halzen ha liderado un equipo internacional de investigadores e ingenieros que nos ha proporcionado un instrumento extraordinario. Su tenacidad y visión científica han allanado el camino para una nueva forma de hacer astronomía».
Cómo detecta el hielo partículas que suelen atravesar la Tierra
Los neutrinos no tienen carga eléctrica e interactúan con la materia con muy poca frecuencia. La mayoría atraviesa la Tierra sin dejar un rastro detectable. Esto dificulta su observación, pero también los convierte en mensajeros útiles: los campos magnéticos no desvían sus trayectorias como lo hacen con las partículas cósmicas cargadas.
El detector no fotografía directamente un neutrino. Cuando, de manera ocasional, un neutrino interactúa con un núcleo atómico o un electrón, produce partículas cargadas. Estas pueden emitir luz de Cherenkov, la tenue radiación que se produce cuando una partícula cargada atraviesa un material a una velocidad superior a la de la luz en ese material.
Los sensores ópticos de IceCube registran el momento y el brillo de esta luz. Los investigadores utilizan esas mediciones para calcular la energía y la dirección de la partícula que llega. El enorme volumen compensa la poca frecuencia de las interacciones de neutrinos.
La descripción del proyecto IceCube de Chiba indica que los módulos originales están situados a profundidades de entre 1.450 y 2.450 metros. Otras fuentes mencionan intervalos más amplios, como el de 1.400 a 2.600 metros. La última ampliación requirió perforar hasta los 2.600 metros, una profundidad de construcción que no debe confundirse con la ubicación de los sensores originales.
Los módulos contienen tubos fotomultiplicadores, dispositivos que convierten diminutos destellos de luz en señales eléctricas medibles. Hamamatsu Photonics, con sede en Hamamatsu, Japón, desarrolló tubos utilizados en los detectores de IceCube, lo que dio a la industria japonesa un papel junto al de los investigadores universitarios.
Detectar la luz es solo el primer paso. Juan Carlos Díaz Vélez, del Centro de Astrofísica de Partículas IceCube de Wisconsin, donde coordina el procesamiento de datos y las simulaciones, afirma que IceCube detecta más de un millón de muones generados por rayos cósmicos por cada neutrino que detecta. Los muones son partículas cargadas que también pueden dejar rastros luminosos, lo que genera un gran ruido de fondo frente al cual hay que identificar los eventos de neutrinos.
Según Díaz Vélez, el procesamiento de las observaciones y la elaboración de simulaciones requieren aproximadamente 10.000 núcleos de CPU y 1.000 unidades de procesamiento gráfico distribuidos en redes informáticas. La NSF también atribuye a sus instalaciones informáticas un papel importante en la interpretación de las mediciones de IceCube.
Las primeras señales de Chiba y la fecha del descubrimiento
La Universidad de Chiba afirma que su grupo se incorporó cuando se formó la colaboración IceCube en 2002. Yoshida conocía a Halzen desde la década de 1990, pero sumarse al proyecto implicaba una considerable incertidumbre. En su respuesta al premio, recuerda que había un escepticismo generalizado sobre la posibilidad de que los neutrinos se convirtieran en una herramienta práctica para observar el universo de alta energía.
Ishihara se incorporó al grupo de Wisconsin en enero de 2005, tras terminar su doctorado en 2004, y trasladó su base de investigación a Chiba en 2006. Describe a un equipo con personal y financiación limitados que desarrolló su propia estrategia de análisis para hacer una contribución distintiva en una colaboración mucho mayor.
Esa estrategia ayudó a identificar dos eventos de energía excepcionalmente alta. El historial detallado del proyecto de Chiba los sitúa en agosto de 2011 y enero de 2012, con energías medidas de 1,04 ± 0,16 y 1,14 ± 0,17 petaelectronvoltios. Un petaelectronvoltio, o PeV, equivale a un cuatrillón de electronvoltios, una unidad utilizada para medir la energía de las partículas.
La universidad presentó los hallazgos iniciales en una conferencia internacional en junio de 2012. En julio de 2013 se publicó un artículo en Physical Review Letters, y en diciembre de ese año apareció un análisis más amplio en Science. Esta secuencia explica por qué Chiba habla de un descubrimiento en 2012, mientras que la NSF y el anuncio del Nobel de IceCube se refieren a los hallazgos pioneros de 2013.
Las fuentes discrepan sobre cuándo ocurrieron los dos primeros eventos: una los sitúa en 2013 y 2014, mientras que el relato detallado de Chiba los ubica en 2011 y 2012. El historial de la universidad también ofrece distintos resúmenes de sus energías, pero las fichas de cada evento proporcionan los valores y márgenes de incertidumbre indicados anteriormente.
Un análisis posterior añadió 26 eventos a los dos iniciales. Según Chiba, se esperaba que alrededor de 11 de los 28 eventos fueran ruido de fondo, y sus energías, formas y direcciones de llegada respaldaban un origen cósmico con una confianza estadística superior a cuatro desviaciones estándar.
Chiba compara el nuevo intervalo de energía con el de los neutrinos observados por Kamiokande en 1987 y describe un aumento de unas 100 millones de veces. La NSF ofrece una comparación más general: los neutrinos detectados tenían más de un millón de veces la energía de los observados anteriormente. Estas comparaciones utilizan distintos puntos de referencia y no deben considerarse mediciones equivalentes.
Rastrear un neutrino hasta una galaxia lejana
El hallazgo de neutrinos cósmicos confirmó que los aceleradores naturales de partículas los estaban produciendo. Identificar una fuente requería un paso más: combinar la dirección estimada de llegada de un neutrino con observaciones de otros instrumentos.
El 22 de septiembre de 2017, según la hora de Japón, IceCube detectó el evento conocido como IC170922A. Satélites de rayos gamma y telescopios ópticos siguieron la alerta y vincularon el evento con TXS 0506+056, un blázar asociado con un agujero negro supermasivo. Los resultados se anunciaron y publicaron en Science en 2018.
Un blázar es un núcleo galáctico activo cuyo potente chorro apunta hacia la Tierra. El relato original describe el resultado de 2018 como indicio de que el neutrino podría proceder del blázar. Chiba lo considera la primera identificación de una fuente de neutrinos, mientras que la NSF describe el resultado de 2018 como prueba concluyente de que neutrinos procedían de un agujero negro supermasivo en otra galaxia.
La conexión dependió de lo que los investigadores llaman astronomía de múltiples mensajeros: el estudio de una misma actividad cósmica mediante distintas señales, en este caso neutrinos y varias formas de radiación electromagnética. El neutrino aportó información que la luz por sí sola no podía proporcionar, mientras que las observaciones telescópicas ayudaron a identificar el objeto situado en su dirección.
Yasushi Fukazawa, profesor de la Universidad de Hiroshima especializado en observaciones del universo de alta energía, destacó la contribución de Chiba al desarrollo y montaje de detectores, así como al sistema que distribuye rápidamente información sobre neutrinos a observatorios de todo el mundo. Ese sistema de alertas hizo posible la coordinación de las observaciones posteriores.
Desde entonces, IceCube ha informado de indicios de emisión de neutrinos procedente de otra galaxia, NGC 1068, también llamada Messier 77. En 2023 anunció observaciones de neutrinos de la Vía Láctea, que dieron lugar a la primera imagen de nuestra galaxia basada en neutrinos, según la NSF. Este avance lleva el experimento más allá de la detección de partículas aisladas, hacia la cartografía de sus fuentes.
Una rara interacción de antineutrinos pone a prueba la física de partículas
Chiba también contribuyó a un resultado publicado en Nature en 2021: la primera detección de la resonancia de Glashow mediante un antineutrino electrónico. Un antineutrino es la contraparte de antimateria de un neutrino.
La resonancia de Glashow es una interacción prevista en la que un antineutrino electrónico choca con un electrón y produce un bosón W, una partícula que interviene en la fuerza débil. Su observación puso a prueba una predicción del Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas elementales conocidas y sus interacciones.
Este logro muestra que IceCube cumple dos funciones relacionadas. Puede investigar los entornos cósmicos que generan partículas de alta energía y utilizar esas partículas para poner a prueba la física fundamental a energías difíciles de estudiar con aceleradores construidos por seres humanos.
Takaaki Kajita, profesor de la Universidad de Tokio que compartió el Premio Nobel de Física de 2015 por el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos, celebró el premio a Halzen. Kajita describió IceCube como un paso esperado desde hace mucho tiempo para comprender de dónde proceden los rayos cósmicos y cómo se aceleran.
Más de 600 detectores nuevos instalados en enero
El premio llega tras una importante ampliación de la contribución técnica de Chiba. El anuncio de la finalización de la ampliación de la universidad, publicado el 13 de febrero, indica que la instalación terminó el 21 de enero de 2026.
Un equipo especial de unos 40 investigadores e ingenieros trabajó durante aproximadamente dos meses y medio, desde finales de noviembre de 2025. Perforaron seis pozos profundos e instalaron más de 600 módulos ópticos nuevos en el centro del detector existente.
Alrededor del 40 % de los nuevos módulos son detectores D-Egg, diseñados y fabricados por el Centro Internacional de Astrofísica de Hadrones de Chiba durante más de una década. Grupos alemanes y estadounidenses aportaron otro diseño de detector, el mDOM.
Cada D-Egg contiene dos sensores de luz sensibles, orientados en direcciones opuestas dentro de una carcasa de vidrio. La captación de luz desde arriba y desde abajo permite medir su dirección e intensidad. La carcasa también cabe en pozos perforados más estrechos. Ishihara, responsable de la fabricación, se incorporó al equipo de instalación en la Antártida.
El calendario de construcción fue exigente. La perforación con agua caliente requirió unas 60 horas para abrir y dar forma a un pozo de 2.600 metros de profundidad. Después, los instaladores tuvieron que bajar unos 110 detectores conectados en un plazo de 30 horas, antes de que el acceso quedara cerrado por la recongelación del hielo.
La universidad también informa de que cinco detectores de demostración fabricados en Chiba se instalaron para avanzar en el desarrollo de IceCube-Gen2. Empresas nacionales, estudiantes de posgrado e investigadores jóvenes participaron en el desarrollo y la producción de detectores, ampliando la contribución de Japón más allá del análisis de datos.
Un objetivo mayor para neutrinos de menor energía
La ampliación coloca los sensores más juntos para detectar la tenue luz de neutrinos de menor energía. El objetivo es el intervalo de los gigaelectronvoltios, o GeV, y mejorar la medición de cómo viaja la luz por el hielo circundante. Un conocimiento más preciso del hielo debería mejorar la reconstrucción de las direcciones de llegada de los neutrinos.
Chiba calcula que el volumen efectivo de detección de la ampliación equivale a unos dos millones de toneladas de agua, frente a unas 50.000 toneladas en Super-Kamiokande. Estas cifras dan una proporción aproximada de 40 a 1. El volumen por sí solo no determina la sensibilidad ni la precisión, ya que los instrumentos utilizan diseños y métodos de observación distintos.
El conjunto más denso amplía las capacidades de una instalación conocida por la astronomía de muy alta energía a otro intervalo de energía de las partículas. Chiba señala como posible objetivo de investigación los neutrinos liberados durante el colapso gravitacional de estrellas masivas y la formación de agujeros negros; no se trata de una observación ya realizada.
El calendario de observaciones se ha vuelto más específico. En su anuncio de febrero, Chiba preveía que las observaciones comenzaran alrededor del verano de 2026, después de la recongelación del hielo, las comprobaciones de comunicación, la calibración y el posicionamiento preciso de los detectores.
En cambio, el anuncio del Nobel de IceCube de octubre afirma que se esperan los primeros datos científicos de la ampliación más adelante en 2026. No confirma que las observaciones científicas completas hayan comenzado durante el verano.
El IceCube-Gen2 propuesto tendría un conjunto óptico con un volumen ocho veces mayor que el del observatorio actual y añadiría detección por radio para neutrinos de energía aún más alta. Sigue siendo una propuesta; los anuncios no establecen una fecha de inicio ni de finalización de la construcción.
Los hitos que llevaron al premio
La historia de IceCube distingue varias etapas que a veces se resumen en una sola fecha de descubrimiento: proponer el instrumento, construirlo, registrar eventos, presentar análisis y publicar resultados.
- 1988: Halzen presenta por primera vez su propuesta para detectar neutrinos en el Polo Sur.
- 2002: Se forma la colaboración IceCube y Chiba se incorpora como su única institución japonesa.
- 2004-2011: Comienza la construcción y el observatorio completo entra en funcionamiento.
- 2011-2013: Se registran los primeros eventos importantes, presentados en junio de 2012 y descritos en artículos científicos en 2013.
- 2017-2018: El evento IC170922A lleva a relacionarlo con el blázar TXS 0506+056 y a la publicación de los resultados.
- 2021: Se publica la primera detección de la resonancia de Glashow.
- 2023: IceCube anuncia observaciones de neutrinos de la Vía Láctea.
- 21 de enero de 2026: Finaliza la instalación de la ampliación de IceCube.
- 6 de octubre de 2026: Se anuncia que Halzen es el ganador del Nobel de Física.
Según Yoshida, la colaboración pasó de cinco países en sus inicios a los 14 actuales. La página del proyecto de Chiba registraba unos 300 investigadores de 53 instituciones en 12 países en 2020, frente a unos 450 investigadores de 58 instituciones en la actualidad.
Halzen, investigador principal de IceCube, puso ese esfuerzo colectivo en el centro de su respuesta al premio.
«Para mí es un gran alivio poder por fin dar a esta gran colaboración el reconocimiento que merece».
Para Chiba, el próximo hito concreto será la publicación prevista de los primeros datos científicos de la ampliación más adelante en 2026. Sus investigadores también se preparan para el observatorio de mayor tamaño propuesto, mientras continúan la búsqueda de los aceleradores cósmicos que producen las partículas detectadas por IceCube.
Puntos clave
- Francis Halzen recibe el Premio Nobel de Física de 2026 por IceCube y los descubrimientos de neutrinos cósmicos.
- La Universidad de Chiba participa desde 2002 y sigue siendo la única institución japonesa de la colaboración.
- Chiba ayudó a identificar las primeras señales cósmicas, una fuente de blázar y el primer evento de resonancia de Glashow.
- El observatorio original utiliza 5.160 módulos ópticos en un kilómetro cúbico de hielo antártico.
- Chiba fabricó cerca del 40 % de los más de 600 detectores nuevos instalados en la ampliación.
- El calendario más reciente prevé los primeros datos científicos de la ampliación más adelante en 2026; IceCube-Gen2 sigue siendo una propuesta.
