Utilizando un observatorio en construcción en las profundidades del Mar Mediterráneo, cerca de Sicilia, los científicos han detectado una partícula subatómica fantasmal llamada neutrino que cuenta con una energía récord, en otro paso importante hacia la comprensión de algunos de los eventos más catastróficos del universo.
Los investigadores, que forman parte de la colaboración KM3NeT (Telescopio de Neutrinos de Kilómetros Cúbicos), creen que el neutrino vino de más allá de la Vía Láctea. Como posibles puntos de origen, identificaron 12 agujeros negros supermasivos que devoran activamente la materia circundante en el centro de galaxias distantes, aunque el neutrino pude haber surgido de alguna otra fuente.
KM3NeT consta de dos grandes detectores de neutrinos en el fondo del Mediterráneo. Uno llamado ARCA, a 3.450 metros de profundidad cerca de Sicilia, que está diseñado para encontrar neutrinos de alta energía; y uno llamado ORCA, a 2.450 metros de profundidad cerca de Provenza, Francia, que está diseñado para detectar neutrinos de baja energía.
El neutrino de «energía ultraalta» recientemente descrito, detectado por ARCA en febrero de 2023, se midió en aproximadamente 120 mil billones de electronvoltios, una unidad de energía.
Era 30 veces más energético que cualquier otro neutrino detectado hasta la fecha, mil billones de veces más energético que las partículas de luz llamadas fotones y 10.000 veces más energético que las partículas creadas por el acelerador de partículas más grande y poderoso del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones cerca de Ginebra.
«Está en una región energética completamente inexplorada», afirmó el físico Paschal Coyle del Centro de Física de Partículas de Marsella (CPPM) en Francia, uno de los líderes de la investigación publicada el miércoles en la revista Nature.
«La energía de este neutrino es excepcional», añadió el físico Aart Heijboer del Instituto Nacional Nikhef de Física Subatómica de los Países Bajos, otro de los investigadores.
Los neutrinos ofrecen a los científicos una forma diferente de estudiar el cosmos, no basada en la radiación electromagnética: la luz. Muchos aspectos del universo son indescifrables utilizando únicamente la luz.
Los neutrinos son eléctricamente neutros, no son perturbados ni siquiera por el campo magnético más fuerte y rara vez interactúan con la materia. Cuando los neutrinos viajan por el espacio, pasan sin obstáculos a través de la materia: estrellas, planetas o cualquier otra cosa.
Eso los convierte en «mensajeros cósmicos» porque los científicos pueden rastrearlos hasta su origen, ya sea dentro de la Vía Láctea o a través de galaxias, y así aprender sobre algunos de los procesos más energéticos del cosmos.
«Los neutrinos son partículas fantasma. Viajan a través de las paredes, a través de la Tierra y desde el borde del universo», dijo Coyle. «Los neutrinos tienen carga cero, tamaño cero, masa casi cero y interacción casi cero. Son lo más parecido a nada que uno pueda imaginar, pero sin embargo son clave para comprender completamente el universo».
Otros mensajeros cósmicos de alta energía que viajan por el espacio no son tan confiables. Por ejemplo, la trayectoria de los rayos cósmicos se desvía debido a los campos magnéticos, por lo que no se pueden rastrear hasta su lugar de origen.
Detectar neutrinos no es sencillo y requiere grandes observatorios ubicados en las profundidades del agua o en el hielo. Estos medios ofrecen un volumen expansivo y transparente donde un neutrino que pasa puede interactuar con una partícula, produciendo un destello de luz llamado radiación Cherenkov.
Los investigadores concluyeron que el observado en ARCA, que era un tipo de neutrino llamado muón, era de origen cósmico basándose en su trayectoria horizontal y en el hecho de que había atravesado unos 140 kilómetros de roca y agua de mar antes de llegar al detector.
Los detectores KM3NeT todavía están en construcción y aún no han alcanzado todas sus capacidades.
Los neutrinos se producen mediante diversos procesos astrofísicos en varios niveles de energía. Por ejemplo, los neutrinos de baja energía nacen en procesos de fusión nuclear dentro de las estrellas.
Los neutrinos de alta energía surgen de colisiones de partículas que ocurren en eventos violentos, como un agujero negro que devora con avidez la materia que cae o estallidos de rayos gamma durante la muerte explosiva de estrellas. También pueden producirse por interacciones entre los rayos cósmicos de alta energía y la radiación de fondo del universo.
Este estudio de los neutrinos se encuentra todavía en sus etapas de formación. «Entonces, ¿por qué es importante? Básicamente se trata de entender qué está pasando en el cosmos», dijo Heijboer.
