Una de las líneas del telescopio KM3NeT en el mar Mediterráneo.
Un telescopio submarino en el Mediterráneo capta el neutrino más potente jamás detectado: "Su origen es un enigma"
La partícula cósmica tiene treinta veces más energía que el mayor de los neutrinos detectados hasta la fecha.
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Un equipo internacional de científicos que trabajan en el telescopio submarino del Mediterráneo KM3NeT ha logrado capturar la señal del neutrino cósmico con la carga energética más potente observada nunca hasta la fecha. El registro alcanza los ~220 PeV (pico-electrón voltio, equivalente a un cuatrillón de voltios), superando 30 veces a las partículas de mayor carga detectadas previamente. El resultado, que se publica en la revista Nature, lleva a los investigadores a sugerir que procedía de más allá de la Vía Láctea, aunque su origen preciso aún está por determinar.
Los neutrinos son partículas elementales que interactúan en raras ocasiones con los componentes subatómicos de la materia, como los protones y los neutrones. Para observarlos, se requieren miles de cámaras de muy alta sensibilidad colocadas en un medio transparente como el hielo o el agua. En ese entorno, el neutrino que cae a la Tierra procedente de un bombardeo cósmico generará radiación lumínica que podrá ser detectada por los dispositivos.
Este es el cometido del Telescopio de Neutrinos de Kilómetro Cúbico (KM3NeT) instalado en las profundidades abisales del Mediterráneo. La primera instalación, ARCA, se encuentra frente a la costa de Sicilia (Italia) a 3.450 metros bajo el mar, y la segunda, ORCA, está a 2.450 frente a la Provenza francesa. "Con solo un 10 % de su tamaño final en operación, el experimento KM3NeT/ARCA ha logrado detectar el neutrino más energético", celebra Mariam Tórtola, del departamento de Física Teórica de la Universitat de València y en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), en declaraciones a Science Media Centre.
Hace dos años, el 13 de febrero de 2023, el detector ARCA detectó un muón de muy alta energía. "Se trata de una partícula cargada, parecida al electrón pero más pesado", explica Valentina De Romeri, investigadora CIDEGENT en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC). La carga de este muón se estimó en ~120 PeV (peta-electronvoltios). "En vista de su enorme energía y dirección casi horizontal, esta señal parece poderse asociar a un neutrino de origen cósmico, con una energía estimada de ~220 PeV", añade la investigadora.
Los autores han identificado hasta doce blázares (los agujeros negros supermasivos que forman el núcleo de galaxias activas y disparan haces de luz) que son compatibles con la dirección en la que habría viajado el neutrino. Sin embargo, no se ha logrado determinar fehacientemente que ninguno sea el origen astrofísico de la partícula. Los autores plantean como teoría alternativa que se podría tratar de un neutrino cosmogénico, resultante de la interacción de rayos cósmicos con los fotones provenientes de la radiación de fondo de microondas del Universo.
Los dispositivos del KM3NeT a punto de ser sumergidos.
"Este último tipo de neutrino aún no ha sido detectado, lo que resalta la relevancia de la observación realizada", apunta Tórtola. "Tampoco se descartan otros posibles orígenes, por ejemplo, relacionados con nueva física, como podría ser un candidato a materia oscura muy masivo", añade De Romeri. Ambas coinciden en que la instalación completa de KM3NeT/ARCA "aumentará significativamente la sensibilidad del detector a sucesos de muy altas energías, mejorando así su capacidad para identificar las fuentes de estos neutrinos cósmicos".
"Hay que ser cautos"
"Son varias las explicaciones a un evento tan extraordinario, y todas ellas cuentan con una baja probabilidad", valora por su parte Carlos Pobes, investigador posdoctoral del grupo Q-MAD en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA). La hipótesis del primer neutrino de origen cosmogénico "choca con la dificultad de que IceCube (el otro telescopio de neutrinos operativo) no haya detectado ningún evento". La posibilidad de que esto ocurra es del 1%, admiten los propios autores.
Otra posibilidad es que se trate de "una fuente astrofísica que llegaría de forma puntual y no de manera uniforme y de todas las direcciones", es decir, la señal de un blázar. "Pero de los posibles candidatos identificados, no se ha observado actividad anómala en ninguno de ellos", martiza Pobes. La última posibilidad, aventura, es que se hayan "alineado" múltiples procesos para "producir una señal anormalmente alta aun cuando el neutrino original fuese de una energía menor".
"En cualquier caso, la solución al enigma pasa por acumular más datos, en particular una vez KM3NeT alcance su tamaño final", concluye el investigador. "Desde luego, son tiempos excitantes para la astrofísica y la cosmología. Estamos viviendo en directo el nacimiento de una nueva forma de mirar al universo, y este evento nos confirma que KM3NeT es ya una realidad. Mi más sincera enhorabuena a la colaboración".
