Un telescopio sumergido en el mar Mediterráneo ha captado el neutrino más energético jamás observado, un hallazgo que abre nuevas vías para entender los fenómenos más violentos del cosmos. El descubrimiento, publicado en la portada de la revista Nature, marca un antes y un después en el estudio del universo a través de estas esquivas partículas.
El 13 de febrero de 2023, el detector ARCA del telescopio submarino KM3NeT registró un evento extraordinario: un neutrino con una energía estimada de 220 PeV, el equivalente a 220.000 billones de electronvoltios. Para poner esta cifra en perspectiva, supera con creces la energía de las partículas que produce el famoso acelerador LHC del CERN. Este evento, bautizado como KM3-230213A, proporciona la primera evidencia de que neutrinos con energías tan extremas se generan en algún lugar del universo, aunque su procedencia exacta sigue siendo un misterio.
Lo que detectaron los científicos fue en realidad un muon, una partícula elemental similar al electrón que atravesó completamente el detector, activando más de un tercio de sus sensores. La trayectoria y la enorme energía de este muon demuestran que se originó a partir de un neutrino cósmico que interactuó cerca del detector.
«KM3NeT ha comenzado a explorar un rango de energía donde los neutrinos detectados pueden producirse en fenómenos astrofísicos extremos. Esta primera detección abre un nuevo capítulo en la astronomía de neutrinos», explica Paschal Coyle, portavoz de KM3NeT en el momento del descubrimiento e investigador del Centro de Física de Partículas en Marsella.
Mensajeros del cosmos más violento
Mensajeros del cosmos más violentoLos neutrinos son partículas fascinantes y enigmáticas. Después de los fotones que forman la luz, son las más abundantes del universo, pero prácticamente no interactúan con nada. No tienen carga eléctrica, apenas poseen masa y atraviesan la materia como si no existiera. Esta característica los convierte en mensajeros ideales: pueden viajar miles de millones de años luz sin ser desviados ni absorbidos, trayendo información directa de los lugares más remotos y energéticos del cosmos.
Estos neutrinos de altísima energía se generan en eventos colosales: agujeros negros supermasivos que devoran materia, explosiones de supernovas o estallidos de rayos gamma. Todos estos fenómenos actúan como aceleradores cósmicos naturales, lanzando partículas a velocidades cercanas a la de la luz. Cuando estas partículas, llamadas rayos cósmicos, colisionan con materia circundante o con la radiación de fondo de microondas —el eco del Big Bang—, producen neutrinos extremadamente energéticos conocidos como cosmogénicos.
«Los neutrinos nos proporcionan información única sobre los mecanismos involucrados en los fenómenos más energéticos y nos permiten explorar los confines más lejanos del universo», señala Rosa Coniglione, portavoz adjunta de KM3NeT e investigadora del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia.
Un detector gigante bajo el mar
Precisamente porque los neutrinos interactúan tan poco con la materia, detectarlos requiere instalaciones enormes. KM3NeT es un telescopio de neutrinos en construcción formado por dos detectores, ARCA y ORCA, instalados en el fondo del Mediterráneo. Utiliza el agua marina como medio de detección: cuando un neutrino interactúa con el agua, genera partículas que se mueven a velocidades ultra-relativistas y producen un resplandor azulado característico llamado radiación Cherenkov. Miles de sensores ópticos de alta tecnología captan esta luz, permitiendo reconstruir la trayectoria y energía del neutrino original.
El origen exacto de este neutrino récord aún se desconoce. Podría provenir directamente de un potente acelerador cósmico o ser el primer neutrino cosmogénico jamás detectado. Con un solo evento es imposible llegar a conclusiones definitivas, reconocen los científicos. La clave estará en detectar más neutrinos similares para construir un mapa más completo de sus fuentes.
Participación española
Participación españolaLa colaboración internacional KM3NeT reúne a más de 360 científicos de 68 instituciones en 22 países. La Universidad de Granada participa en el proyecto desde hace una década a través de investigadores de los departamentos de Física Teórica y del Cosmos y de Ingeniería de Computadores, junto con instituciones valencianas como el IFIC y la Universitat Politècnica de València.
«El grupo de la Universidad de Granada contribuye al experimento en dos aspectos principales», explica Sergio Navas, uno de los investigadores principales. «Por un lado, analizamos los datos recogidos buscando fuentes de neutrinos, materia oscura o efectos de nueva física. Por otro, participamos en la construcción de elementos del telescopio para medir con precisión el tiempo de llegada de las señales a los sensores, algo crucial para reconstruir la dirección de llegada de los neutrinos».
Antonio Díaz García, co-líder del proyecto en Granada, añade que cuentan con un laboratorio donde diseñan protocolos que garantizan precisiones temporales inferiores a mil millonésimas de segundo, esenciales para el funcionamiento del detector.
«La detección de este evento ha supuesto un enorme incentivo y está atrayendo nuevos centros de investigación al proyecto», celebra Navas. Con la instalación completa de KM3NeT, los científicos esperan arrojar luz sobre el misterio de la procedencia de los neutrinos cósmicos y consolidar este telescopio como pieza clave en la astronomía multimensajero, una nueva forma de estudiar el universo combinando información de diferentes tipos de señales cósmicas.