Científicos detectan un misterioso mensajero del cosmos

Un equipo internacional de científicos anunció este miércoles la detección de un extraordinario y esquivo neutrino, una diminuta partícula subatómica que voló a una velocidad cercana a la de la luz hacia un detector submarino frente a la costa de Sicilia y que transportaba alrededor de 30.000 veces la energía generada por el mayor acelerador de partículas del planeta.

La observación, revelada en la revista Nature, reveló el neutrino de mayor energía jamás detectado, lo que desató especulaciones sobre el cataclismo astrofísico que pudo haberlo lanzado hacia la Tierra.

De la misma manera que los astrónomos utilizan telescopios que observan la luz de las estrellas para explorar y explicar el universo, los científicos han instalado telescopios gigantescos en las profundidades del agua y el hielo para medir los neutrinos. Estos mensajeros cósmicos pueden viajar sin ser molestados a lo largo de grandes distancias y llevar información sobre los misteriosos eventos de alta energía que los generan.

“Es increíble, ¿verdad?”, dijo en una conferencia de prensa el físico de neutrinos Paschal Coyle, miembro del equipo KM3Net que realizó la investigación. “Existen objetos en el universo que pueden acelerar partículas a energías tan extremas. Cómo lo hacen es algo que todavía no entendemos completamente. Por eso, cada pieza de información que nos dé una pista sobre los procesos involucrados en alcanzar energías tan altas es uno de los principales objetivos de la astronomía”.

Los neutrinos no pesan casi nada y no tienen carga. No son nada exóticos, se generan por reacciones de fusión nuclear en el interior del Sol. Billones de ellos recorren nuestros cuerpos constantemente, sin que nadie lo note.

Pero también se generan fuera de nuestra galaxia y, como rara vez interactúan con la materia, viajan en línea recta desde su origen hasta nosotros, como flechas que señalan exactamente de dónde provienen. Esto puede ayudar a los científicos a buscar fenómenos astrofísicos en el universo.

En este caso, una posibilidad es que un rayo cósmico muy energético interactuara con el fondo cósmico de microondas, la radiación residual del Big Bang, y produjera este neutrino. Otra es que la partícula se creara cuando un “blazar”, una galaxia con un agujero negro supermasivo en su centro, devoró estrellas. Pero el debate apenas comienza.

Stephanie Wissel, física de neutrinos de Penn State, que no participó en la investigación, calificó el descubrimiento como una observación “impresionante” y un notable golpe de suerte. El neutrino dejó su rastro mientras el observatorio ARCA, anclado en las profundidades del mar Mediterráneo, todavía estaba en construcción.

“Nunca hemos visto un neutrino tan energético y los hemos estado buscando durante varias décadas”, dijo Wissel. “Estamos tratando de entender de qué es capaz el universo y cómo lo hace, y este neutrino en particular es apasionante”.

Para atrapar un neutrino, los científicos tienen que buscar huellas. Estas esquivas partículas interactúan ocasionalmente con los protones o neutrones dentro de los átomos y se convierten en otro tipo de partícula llamada muón. Ese muón se desplaza a gran velocidad a través del agua, creando un fenómeno llamado radiación Cherenkov (un brillo azul) que puede detectarse.

El observatorio submarino que ha seguido el rastro de este extraordinario neutrino está formado por cables anclados al fondo marino y en los que se han colocado detectores de luz con forma de bola. La versión final contendrá varios miles de módulos repartidos en un cubo que se extiende por diez manzanas de la ciudad en cada dirección. Es solo uno de los telescopios de la colaboración KM3Net, respaldada por un equipo de 360 científicos de 21 países. Pero el observatorio todavía se estaba construyendo en febrero de 2023, con solo el 10 por ciento de sus líneas operativas, cuando un tercio de ellas se encendió cuando un muón muy energético atravesó su detector.

Como el equipo aún estaba en funcionamiento, no hubo ninguna alerta automática por correo electrónico. “La primera reacción fue: ‘Sí, probablemente esté pasando algo extraño’”, dijo Aart Heijboer, físico de neutrinos de la Universidad de Ámsterdam. “Incluso cuando pensábamos que era real, tardamos unas semanas en darnos cuenta de que se trata de un neutrino de mayor energía que nadie había visto nunca”.

Coyle, director de investigación del Centro de Física de Partículas de Marsella, recordó que cuando intentó por primera vez ejecutar un programa informático para ayudar a visualizar los datos, este falló porque no había previsto una partícula de energía tan ultra alta y no había diseñado su código para manejarla.

Ignacio Taboada, portavoz del Observatorio de Neutrinos IceCube en el Polo Sur, financiado por la Fundación Nacional de la Ciencia, que ha estado buscando neutrinos de alta energía desde 2011, dijo que confía en que el nuevo trabajo se haya realizado correctamente. Pero el evento es tan atípico que es difícil saber qué hacer con él sin más datos sobre neutrinos similares.

“Este evento es realmente extraño. Es algo muy difícil de explicar”, dijo Taboada. “Estudiaremos la dirección de este evento y veremos qué podemos encontrar allí”.

El mayor enigma es qué pudo haber generado este neutrino. Ni siquiera la muerte explosiva de una estrella en una supernova, por ejemplo, podría crear un neutrino con esta energía, dijo Wissel. Para generar esta energía, los humanos tendrían que construir un acelerador de partículas que girara alrededor de la Tierra, dijo Coyle.

Los científicos que están detrás de esta colaboración han estudiado los posibles fenómenos astronómicos y no han encontrado una respuesta clara. IceCube, el experimento de la Antártida, ha encontrado pruebas de neutrinos de alta energía, aunque mucho menos energéticos que el recién descubierto. Al analizar muchas de estas partículas a lo largo de los años, el equipo ha encontrado pruebas de fuentes de neutrinos en nuestra propia galaxia y en otras galaxias con formación estelar.

Pero muchos avistamientos de neutrinos cósmicos no coinciden con ninguna fuente conocida, “lo que quizás indica poblaciones fuente que están muy distantes de la Tierra, o sugiere un tipo de objeto astrofísico aún no descubierto”, escribió Erik Blaufuss, un físico de neutrinos de la Universidad de Maryland que no participó en la investigación, en un artículo de perspectiva en Nature.

Descifrar la historia de este neutrino y tratar de encontrar otros ayudará a abrir una nueva ventana al universo. “Es la misma razón por la que miramos las estrellas y nos preguntamos qué está pasando ahí arriba”, dijo Blaufuss en una entrevista. “En realidad, se trata de intentar comprender el universo en el que vivimos”.

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