A história dessa caçada remonta a uma experiência um tanto divertida, realizada em 1912. Os cientistas não sabiam o que fazia com que certos materiais na Terra ganhassem ou perdessem elétrons --a chamada ionização. E ficavam surpresos ao perceberem que o fenômeno ganhava intensidade diferente em locais altos, como no topo da torre Eiffel.

Para desvendar o mistério, o físico austríaco Victor Hess subiu aos céus em um balão levando sensores de radiação. Quanto mais subia, mais forte ficava a radiação captada. A conclusão de Hess foi que existiam partículas ionizantes vindo do espaço. Ele as batizou de raios cósmicos. "Os cientistas têm procurado de onde essas partículas partem há mais de um século", conta Francis Halzen.

O apelido "partícula fantasma" não é exagero. Neutrinos são levíssimos -- algumas centenas de vezes mais leves que o elétron --, não têm carga elétrica e quase não possuem massa. De tão pequenos, atravessam astros e campos magnéticos sem se desviar, interagindo muito debilmente com a matéria. Bilhões dessas "partículas fantasmas" perpassam cada centímetro quadrado da Terra (e de nossos corpos) a cada segundo, vindas do espaço.

Os neutrinos existem em abundância no Universo conhecido, perdendo em número apenas para o fóton, a partícula de luz. Além de comporem os raios cósmicos, também são produzidos no Sol e surgem em reatores nucleares e aceleradores de partículas na Terra. A diferença é que os neutrinos dos raios cósmicos possuem energias altíssimas.

"A busca [por neutrinos] passou a fazer parte de uma das maiores questões da física e da astronomia: qual é a origem dos raios cósmicos?", disse Halzen. Como viajam de suas fontes sem serem bloqueados e sem desvios, eram a pista certeira que os cientistas queriam. Mas como observar uma partícula praticamente invisível?

Diferentes experimentos já foram realizados para tentar flagrar neutrinos. Um deles, o Super-Kamiokande, construído no Japão em 1983, consiste numa piscina cilíndrica com 50 mil toneladas de água rodeada por 11.200 sensores de luz. Outro experimento feito na década de 1990 demonstrou que o gelo extremamente claro da Antártida podia interagir com neutrinos.

Essas armadilhas de neutrinos precisam ser grandes o suficiente para aumentar a probabilidade de captura de uma entre bilhões de "partículas fantasmas". O neutrino não é observado diretamente, mas a partir de partículas secundárias eletricamente carregadas que são produzidas quando ele atravessa a água ou o gelo. "O IceCube foi construído para fazer exatamente isso", conta Halzen.

Não foi fácil construir a engenhoca. O frio do polo Sul proíbe trabalhar no inverno, quando as temperaturas chegam a -80°C. Assim, foram necessários sete verões, entre 2004 e 2010, para perfurar e instrumentalizar 86 poços que chegavam a 2.450 metros de profundidade -- ponto em que ficam os sensores que estão no pé do grande cubo de gelo.

Para ganhar tempo e aproveitar bem a luz do Sol que nunca se põe nessa época, os mais de 300 engenheiros, técnicos e cientistas se revezavam ao longo de 24 horas, todos os dias. Os sensores precisavam ser instalados rapidamente nos buracos de gelo derretido, antes que a água voltasse a congelar.

A construção do IceCube contou com a colaboração de mais de 40 instituições de pesquisa de todo o mundo e o investimento de 279 milhões de dólares (cerca de R$ 1 bilhão), a maior parte feita pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA. Após 2,1 milhões de quilos de carga levadas para a Antártida, as obras do Ice Cube chegaram ao fim, "concluídas no prazo, dentro do orçamento e excedendo significativamente as especificações de desempenho", como diz relatório do observatório. 

Era importante saber exatamente o que havia no gelo. Qualquer interferência no momento da detecção de um neutrino precisaria ser compreendida. Halzen explica que supercomputadores radiografaram e mapearam cada grão de poeira ali congelado. Calibrada a armadilha, bastava esperar a presa aparecer.