Qué es un neutrino: la explicación a un hallazgo histórico

Un potente telescopio sumergido en las profundidades del Mediterráneo, bautizado como KM3NeT, ha detectado el neutrino de mayor energía nunca antes captado por un experimento similar, con una energía estimada en unos 220 PeV (220.000 billones de electronvoltios, mucho mayor que las partículas que produce el LHC del CERN), según ha informado el CSIC. El hallazgo, portada de la prestigiosa revista Nature, proporciona la primera evidencia de que neutrinos de energías tan altas se producen en el universo, aunque su origen aún es una incógnita.

Pero, ¿qué es un neutrino? Según la RAE, es un término utilizado en física que se emplea para denominar a una 'partícula eléctricamente neutra del grupo de los fermiones, cuya masa es inapreciable'. Pero hay explicaciones más técnicas. «Los neutrinos son una de las partículas elementales más misteriosas. No tienen carga eléctrica, casi no tienen masa e interactúan débilmente con la materia. Son mensajeros cósmicos especiales, que nos proporcionan información única sobre los mecanismos involucrados en los fenómenos más energéticos y nos permiten explorar los confines más lejanos del universo», explica la portavoz adjunta de KM3NeT en el momento de la detección e investigadora en el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) de Italia, Rosa Coniglione.

La existencia del neutrino fue propuesta en 1930 por el físico Wolfgang Pauli para compensar la aparente pérdida de energía y momento lineal en la desintegración β de los neutrones. Los neutrinos viajan a la velocidad de la luz y el Sol es la más importante fuente de neutrinos a través de los procesos de desintegración beta de las reacciones que acaecen en su núcleo. Como los neutrinos no interaccionan fácilmente con la materia, escapan libremente del núcleo solar atravesando también la Tierra.

Aunque son la segunda partícula más abundante del universo después de los fotones que forman la luz, su interacción extremadamente débil con la materia los hace muy difíciles de detectar, y requiere de detectores enormes. El telescopio de neutrinos KM3NeT, actualmente en construcción, es una gigantesca infraestructura en el fondo del mar consistente en dos detectores, ARCA y ORCA.

El evento detectado se identificó como un muon (una partícula elemental emparentada con el electrón) que atravesó todo el detector, produciendo señal en más de un tercio de los sensores. La inclinación de su trayectoria junto con su enorme energía proporciona pruebas convincentes de que el muon se originó a partir de un neutrino cósmico que interactuó en las proximidades del detector.

«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 de observación del universo», comenta el portavoz de KM3NeT en el momento de la detección e investigador del Centro de Física de Partículas IN2P3/CNRS de Marsella (Francia), Paschal Coyle.

La publicación recoge que el universo de alta energía es el reino de eventos colosales como los agujeros negros supermasivos, las explosiones de supernovas y los estallidos de rayos gamma, «sucesos que todavía no se comprenden completamente».

Estos poderosos aceleradores cósmicos generan flujos de partículas llamadas rayos cósmicos, que pueden interaccionar con la materia de alrededor produciendo neutrinos y fotones. Durante su viaje por el universo, los rayos cósmicos más energéticos pueden interactuar con los fotones de la radiación de fondo de microondas, la primera luz tras el origen del cosmos, para producir neutrinos extremadamente energéticos, llamados cosmogénicos.

KM3NeT utiliza el agua del mar como medio de interacción para detectar los neutrinos. Sus módulos ópticos de alta tecnología detectan la luz Cherenkov, un resplandor azulado que genera la propagación en el agua de partículas ultra-relativistas resultantes de las interacciones con neutrinos. Este neutrino de ultra alta energía puede tener su origen directamente en un potente acelerador cósmico. Alternativamente, podría ser la primera detección de un neutrino cosmogénico.

Sin embargo, los científicos de la colaboración aseguran que, basándose en este único neutrino, «es difícil llegar a conclusiones sobre su origen».

Las futuras observaciones se centrarán en detectar más eventos de este tipo para construir una imagen más clara. La expansión en curso de KM3NeT con unidades de detección adicionales y la adquisición de nuevos datos mejorarán su sensibilidad y aumentarán su capacidad para identificar fuentes de neutrinos cósmicos, convirtiendo a KM3NeT en un actor principal en la astronomía multimensajero.

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