La colaboración internacional detrás del experimento KM3NeT, un avanzado telescopio submarino ubicado en las profundidades del Mediterráneo, ha anunciado un hallazgo significativo: la detección del neutrino de mayor energía jamás observado. Este descubrimiento fue publicado en la prestigiosa revista Nature, donde se destaca como portada, y representa la primera evidencia de que neutrinos con energías tan elevadas se generan en el universo, aunque su origen sigue siendo un misterio.
El 13 de febrero de 2023, el detector ARCA del telescopio KM3NeT registró un evento extraordinario relacionado con un neutrino cuya energía se estima en aproximadamente 220 PeV (220.000 billones de electronvoltios), superando ampliamente las partículas generadas por el LHC del CERN. Este evento, denominado KM3-230213A, marca un hito en la observación de neutrinos y proporciona pruebas contundentes de la existencia de tales fenómenos en el cosmos. Los detalles sobre este hallazgo han sido revelados hoy en un artículo publicado en Nature.
Nuevas fronteras en la astronomía de neutrinos
El evento detectado fue identificado como un muón, una partícula elemental relacionada con el electrón, que atravesó todo el detector y generó señales en más de un tercio de los sensores. La inclinación de su trayectoria y su notable energía sugieren que este muón es producto de un neutrino cósmico que interactuó cerca del detector.
Paschal Coyle, portavoz de KM3NeT durante la detección e investigador del Centro de Física de Partículas IN2P3/CNRS en Marsella, Francia, comentó: “KM3NeT ha comenzado a explorar un rango de energía y sensibilidad donde los neutrinos detectados pueden ser producidos en fenómenos astrofísicos extremos. Esta primera detección de un neutrino de cientos de PeV abre un nuevo capítulo en la astronomía de neutrinos y una nueva ventana para observar el universo”.
Los neutrinos son considerados algunas de las partículas elementales más intrigantes debido a su naturaleza casi etérea; carecen de carga eléctrica, tienen masa casi inexistente e interactúan débilmente con la materia. Estos mensajeros cósmicos ofrecen información única sobre los mecanismos involucrados en los eventos más energéticos del universo.
Las incógnitas del universo energético
A medida que los investigadores exploran el universo energético, se enfrentan a eventos colosales como agujeros negros supermasivos y explosiones de supernovas. Estos fenómenos generan flujos intensos de rayos cósmicos que pueden interactuar con otros fotones para producir neutrinos extremadamente energéticos. Rosa Coniglione, portavoz adjunta de KM3NeT e investigadora en el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) en Italia, explicó: “Los neutrinos nos permiten explorar los confines más lejanos del universo”.
A pesar de ser la segunda partícula más abundante después de los fotones, su interacción débil con la materia dificulta su detección, lo que requiere grandes infraestructuras como KM3NeT. Este telescopio submarino utiliza agua marina para detectar neutrinos mediante módulos ópticos avanzados que identifican la luz Cherenkov generada por partículas ultra-relativistas resultantes de interacciones con neutrinos.
El reciente descubrimiento podría indicar que este neutrino proviene directamente de un acelerador cósmico potente o podría representar la primera detección confirmada de un neutrino cosmogénico. Sin embargo, los científicos advierten que basarse solo en esta observación no permite conclusiones definitivas sobre su origen.
Contribución española al proyecto KM3NeT
La colaboración KM3NeT incluye a más de 360 científicos y técnicos provenientes de 68 instituciones distribuidas por 22 países. En España, participan entidades como el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), parte del CSIC y la Universitat de València; así como otras universidades y centros dedicados a la investigación oceanográfica.
La implicación española en telescopios dedicados a neutrinos data desde hace casi tres décadas con ANTARES, precursor del actual KM3NeT. Juan José Hernández Rey, investigador del IFIC y ex portavoz adjunto durante ANTARES, recordó: “En aquel momento aún debíamos demostrar que era viable instalar instrumentos similares en el fondo marino”. ANTARES operó durante 16 años antes de ser desmantelado recientemente.
Poco después del inicio operativo de ANTARES comenzó el diseño del telescopio KM3NeT, actualmente bajo construcción pero ya recolectando datos parciales. Según Juan de Dios Zornoza Gómez, coordinador español en KM3NeT: “Los grupos españoles cubren diversas líneas investigativas relacionadas con astronomía multi-mensajero y búsqueda de nueva física a través del estudio detallado”.
Afrontando nuevos retos en astronomía multimensajero
A medida que avanza el desarrollo completo del sistema KM3NeT con sus dos detectores ARCA y ORCA, se espera arrojar nueva luz sobre el origen misterioso de los neutrinos cósmicos. Aart Heijboer, coordinador técnico durante esta detección e investigador asociado al Instituto Nacional Nikhef, enfatizó: “Esta detección excepcional se logró con solo una décima parte del sistema final instalado”.
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