Nas profundidades do Mediterráneo constrúese un inmenso telescopio. Podería parecer un absurdo: “Tipicamente, un astrónomo vaise ao alto dunha montaña. Nós fomos ao fondo do mar”, conta a SINC o físico Juande Zornoza, investigador principal do grupo do Instituto de Física Corpuscular neste proxecto. “E non soamente iso, senón que ademais miramos cara abaixo!”, engade.
O telescopio KM3NET (polo inglés Cubic Kilometre Neutrino Telescope) non observa luz visible, senón unhas diminutas partículas chamadas neutrinos. E a pesar de estar aínda en construción, sorprendeu á comunidade científica ao detectar o neutrino cósmico máis enerxético xamais achado.
Partículas moi abundantes, pero esquivas
Os neutrinos son partículas elementais que se producen en diversos tipos de desintegración radioactiva, en fenómenos cósmicos, pero tamén moito máis preto, nas reaccións nucleares. Non son precisamente escasos; son a segunda partícula máis abundante do universo despois dos fotóns luminosos.
A principal fonte dos que chegan a nós é a fusión nuclear no Sol. Calcúlase que unha superficie do tamaño dunha uña vese atravesada cada segundo por 100.000 millóns de neutrinos solares que viaxan a unha velocidade próxima á da luz. Non nos decatamos porque non deixan rastro do seu paso: ao carecer de carga e cunha masa ínfima, raramente interaccionan coa materia.
Por iso, os neutrinos non se detectan directamente, senón polas afortunadas carambolas que orixinan outras partículas, as cales poden captarse na auga por un rastro luminoso tenue chamado radiación de Cherenkov, que nos detectores produce unha minúscula explosión de fogos artificiais.
Así, para observar neutrinos necesítase un telescopio extremadamente sensible nun lugar sen interferencias, nun medio transparente como o mar ou o xeo —este é o caso de IceCube no Polo sur, o maior do mundo—.
“Iso é porque queremos evitar o fondo producido polos raios cósmicos na atmosfera”, explica Zornoza. “Son moitísimas as partículas dese fondo que veñen desde arriba. Para os sucesos que veñen desde abaixo (ou, como neste caso, moi horizontais), a gran cantidade de rocha ou auga que teñen que atravesar fíltranos ese fondo”.
Unha gran colaboración internacional
KM3Net é unha colaboración internacional de 360 persoas pertencentes a 68 institucións de 22 países. É o sucesor de ANTARES, un telescopio de neutrinos situado baixo o Mediterráneo fronte á costa de Tolón que funcionou ata 2022. KM3Net é infinitamente máis ambicioso que o seu predecesor: consta de dúas instalacións, ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), a 40 quilómetros de Tolón e a 2.450 metros baixo o mar, e ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss), a 3.450 metros de profundidade e a 80 quilómetros da localidade siciliana de Portopalo dei Capo Passero.
O primeiro estuda as propiedades dos neutrinos, mentres que o segundo se adica a cazar os neutrinos cósmicos de máis alta enerxía. Unha vez completado, KM3Net ocupará máis dun quilómetro cúbico, con 345 unidades de detección; cada unha delas é un cable de centos de metros ancorado ao fondo, con 18 módulos esféricos, como as contas dun colar, que conteñen os detectores. En total, contará cuns 200.000 sensores que converten os fotóns dese débil lóstrego de luz provocado polos neutrinos en sinais eléctricos.
Pero con só o 10% da instalación xa construída, KM3Net conseguiu algo que “é como gañar a gran lotería”, dicía o investigador principal do IceCube antártico, Francis Halzen, cando en xuño de 2024, ao final dunha conferencia sobre neutrinos celebrada en Milán, o físico do KM3Net João Coelho deixaba caer unha pista do que estaba por vir: o neutrino máis enerxético xamais detectado.
Orixe incerta
Os detalles publicáronse por fin esta semana no artigo de portada da revista Nature: o 13 de febreiro de 2023 o ARCA captou un muon, unha partícula xerada por un neutrino preto do detector ao chocar contra a auga ou a rocha, cunha enerxía de 120 petaelectronvoltios (PeV). A estimación dos científicos é que a enerxía do neutrino orixinal, bautizado como KM3-230213A, era de 220 PeV.
Por situar a escala, o acelerador de partículas máis potente construído polo ser humano, o Gran Colisionador de Hadróns (LHC) de Xenebra, alcanza unha enerxía máxima de 7 TeV; a enerxía do neutrino detectado é máis de 31.000 veces maior, e supera en 30 veces aos máis enerxéticos detectados polo IceCube.
Segundo Zornoza, KM3NET conta con certas vantaxes respecto ao telescopio antártico, de maior tamaño e que leva varios anos funcionando: “Na auga, a resolución angular é mellor, sabemos mellor de onde vén o neutrino”. Ademais, engade, desde o Mediterráneo obsérvase mellor a nosa propia galaxia. Pero nada diso tivo que ver co récord de KM3NET sobre o seu competidor. “Parece que tivemos máis sorte ca eles”, sentencia o físico.
Un neutrino de orixe cósmica
Nun comentario ao estudo en Nature, o físico Erik Blaufuss, da Universidade de Maryland, apunta que a probabilidade de que ARCA cazase un neutrino tan enerxético fronte a outras instalacións era do 0,5%: “Unha probabilidade escasa, pero posible”.
En canto á procedencia do neutrino, tanto a súa elevadísima enerxía como a súa traxectoria case horizontal a través do bosque submarino de detectores indican que non vén precisamente das nosas proximidades: “É moi, moi improbable que una desas partículas de fondo atravesase esas varias decenas de quilómetros de rocha e auga para chegar ao detector. Por tanto, pensamos que é xenuinamente un neutrino de orixe cósmica”, resume Zornoza.
O neutrino orixinouse pola colisión con outras partículas dos raios cósmicos xerados nalgunha fonte de enerxía descomunal máis aló da nosa galaxia, percorrendo o universo nunha dirección ao azar que casualmente o levou ata nós. Nesa dirección na que se situaría este xigantesco acelerador, os científicos identificaron 12 posibles blázares, núcleos activos de galaxias que se contan entre os fenómenos máis enerxeticamente potentes do universo.
Alternativamente, os raios cósmicos así disparados poderían chocar con fotóns dunha radiación de fondo que permea o universo e que permanece como reliquia do Big Bang. Neste caso, trataríase da primeira detección dun destes neutrinos chamados cosmoxénicos.
Con todo, segundo comenta a Science Media Centre España o físico Carlos Pobes, que non participa no estudo pero traballou no IceCube, estes neutrinos cosmoxénicos deberían chover constantemente e en todas direccións, polo que esta hipótese “choca coa dificultade de que IceCube non detectase ningún evento”.
Participación española
No futuro, os científicos esperan que novas deteccións, cun KM3NET máis completo, axuden a determinar con maior precisión a orixe destes neutrinos de ultra-alta enerxía cuxa existencia quedou probada.
Neste fito da chamada astronomía multimensaxeiro, que combina distintos sinais para escudriñar os misterios do universo, España desempeña un papel moi activo: segundo detalla Zornoza e ademais da achega aos fondos europeos, o noso país financia o proxecto principalmente a través do Ministerio de Ciencia, Innovación e Universidades, a Generalitat Valenciana e a Junta de Andalucía.
Ademais da vintena de científicos e enxeñeiros do IFIC, participan a Universitat Politècnica de València, a Universidade de Granada e grupos de ciencias mariñas que aproveitan a infraestrutura para as súas investigacións: o Instituto Español de Oceanografía en Murcia, o LAB de Vilanova i a Geltrú e o Institut de Ciències do Mar do CSIC en Barcelona. “Un equipo humano moi potente. Son todo un orgullo”, conclúe Zornoza.
Referencia: Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT (Publicado en Nature)
