Un observatorio submarino detecta una de las partículas más energéticas del Universo

Por Julio García G. / Periodista de Ciencia

Algunas partículas poseen propiedades y comportamientos extraños y, a veces, hasta contraintuitivos. Tal es el caso del neutrino -la segunda partícula más abundante en el Universo después del fotón- la cual, a pesar de no tener carga eléctrica y apenas tener masa, cada segundo pasan por nuestro cuerpo millones de ellos sin que siquiera lo notemos.

Pese a su comportamiento tan elusivo y al mismo tiempo tan presente, esta partícula pudo descubrirse gracias a los trabajos de investigación de dos físicos estadounidenses, Clyde Cowman y Frederick Reines, quienes en 1956 detectaron el primer neutrino a partir de varios experimentos realizados en la planta de energía nuclear de Savannah River en Estados Unidos (utilizaron la plantea nuclear debido a que ésta produce altas energías y el neutrino solamente puede producirse y detectarse cuando existe mucha energía de por medio).

Pero quien en realidad teorizó por primera vez su existencia fue un notable físico de origen italiano, Wolfgang Pauli, quien en 1930 la bautizó así, en su idioma, para distinguirla del neutrón (una de las partículas que forman a los átomos y que es más grande).

Ahora bien, si los neutrinos casi no poseen masa y además no tienen carga eléctrica, ¿cómo es posible que se les pueda observar?

Desde hace algunos años existe en la fría Antártida, y financiado por Estados Unidos, un telescopio de neutrinos llamado IceCube el cual está formado por más de 5,000 detectores ópticos enterrados a más de kilómetro y medio, lejos de cualquier interferencia que pueda estropear las observaciones.

El telescopio -el cual ya alcanzado su máxima potencia- ha logrado capturar millones de neutrinos a lo largo de estos años. Sin embargo, no es sino hasta ahora cuando -otro telescopio- éste ubicado en el Mar Mediterráneo, enterrado a 100 kilómetros de Sicilia a unos 3,500 metros de profundidad, ha podido captar al neutrino más energético (se calcula que es unas 30 veces más energético que cualquier otro neutrino detectado y, además, ha producido 10,000 veces más energía que la que puede producir el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra).

Este nuevo observatorio submarino, denominado KM3NeT, el cual tiene dos detectores -el de Sicilia y otro más cerca de Marsella (Francia)- ha sido financiado por la Unión Europea y en él trabajaban más 350 científicos de 16 países. Además, se espera que su construcción termine en cinco años. A pesar de ello ya está dando sus primeros resultados, los cuales han sido un rotundo éxito.

Ahora bien, ¿cuál puede ser el origen de un neutrino tan energético como el detectado recientemente?

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Los neutrinos suelen producirse en situaciones donde existe mucha energía, por ejemplo, en el interior del Sol, en las explosiones de Supernovas, en los rayos cómicos y hasta en los agujeros negros y blázares.

Entre más energético es un neutrino, la fuente que lo produce también suele ser más energética. Así, los neutrinos producidos a partir de un agujero negro, un blázar o los rayos cósmicos, suelen ser algunos de los más energéticos.

En el caso del neutrino recientemente detectado cerca de Sicilia, los científicos no están seguros de dónde proviene exactamente. Sin embargo, barajan la hipótesis de que su origen sean restos de un rayo cósmico que interactuó con la luz de la Gran Explosión que dio origen al Universo. También especulan (aunque la posibilidad es más remota) que provenga de la desintegración de materia oscura y, por último, también especulan que podría haber sido producido por un blázar.

Los blázares surgen por la presencia de un agujero negro supermasivo situado en el centro de algunas galaxias cuando el agujero negro lleva a cabo el proceso de acreción, en el cual “traga” materia circundante como estrellas. Esto genera grandes cantidades de energía en forma de chorros que llegan a medir millones de kilómetros. Lo que producen estos chorros puede llegar hasta la Tierra y, entre las partículas que llevan consigo se encuentran, justamente, los neutrinos.

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Por otro lado, los rayos cósmicos -que pueden provenir de varias fuentes como supernovas, vientos solares y estrellas pulsares- también son una fuente muy importante de neutrinos ya que estos últimos suelen generarse cuando los rayos cósmicos interactúan con la materia o la radiación que se encuentra en el espacio.

De hecho, los neutrinos, al casi no interactuar con la materia, pueden viajar millones de kilómetros por el Universo sin que prácticamente se note su presencia. De ahí que sean considerados como partículas casi fantasmagóricas.

No obstante, el verdadero origen de este neutrino continúa siendo un misterio. Al respecto, en una entrevista concedida al periódico El País, Juan de Dios Zornoza, uno de los físicos que por parte de España participan en el observatorio submarino KM3NeT, mencionó que “el salto de energía es tan grande que tiene pinta de que este neutrino lo ha producido un nuevo tipo de fuente o un mecanismo nuevo”. Por lo tanto, por el momento son solamente especulaciones sobre cuál podría ser su verdadero origen debido a que existe una diferencia de energía importante entre los neutrinos detectados por Ice Cube y el del Mar Mediterráneo.

Por lo pronto, se espera que no solamente las investigaciones continúen, sino que de aquí a cinco años pueda lograrse la detección de neutrinos cada vez más energéticos. De hecho, el telescopio IceCube se encuentra ya en su máximas capacidad y es probable que sea relevado – o quizá solamente servirá como complemento- por KM3NeT.

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Con respecto a la detección de neutrinos, su estudio podría ayudar a comprender mejor cómo se formó el Universo y, cómo, a través de la investigación de los fenómenos altamente energéticos, se puedan explicar mejor cómo surgen los agujeros negros. También, podrían ayudar a los científicos a entender de dónde provienen las fuentes de rayos cósmicos ultra energéticos.

Los resultados de la investigación en torno a la detección de este inusual neutrino aparecieron publicados el pasado 12 de febrero en la revista Nature y pueden leerse en el siguiente enlace: https://www.nature.com/articles/s41586-024-08543-1