En un hito sin precedentes para la astrofísica, el telescopio de neutrinos de kilómetro cúbico (KM3NeT), ubicado en las profundidades del mar, ha detectado un neutrino con una energía estimada de aproximadamente 220 petaelectronvoltios (PeV), es decir, 220 millones de billones de electronvoltios.
Este extraordinario evento, identificado el 13 de febrero de 2023 por el detector ARCA de KM3NeT, ha sido bautizado como KM3-230213A y se ha convertido en el neutrino más energético jamás registrado. Su hallazgo proporciona la primera evidencia directa de la existencia de neutrinos de tan altísima energía en el Universo.
El anuncio oficial de este descubrimiento ha sido publicado en la revista Nature, tras un minucioso y prolongado análisis de los datos experimentales realizado por la colaboración internacional de KM3NeT.
Un Mensajero del Universo Extremo
El evento detectado ha sido identificado como un muón que atravesó todo el detector, dejando una señal en más de un tercio de los sensores activos. La inclinación de su trayectoria, combinada con su colosal energía, constituye una prueba convincente de que el muón se originó a partir de la interacción de un neutrino cósmico en las inmediaciones del detector.
El doctor Paschal Coyle, portavoz de KM3NeT en el momento de la detección e investigador en el Centro Nacional para la Investigación Científica (CNRS) de Francia, destacó la importancia del hallazgo: KM3NeT ha comenzado a explorar un rango de energías y sensibilidades donde los neutrinos detectados podrían provenir de fenómenos astrofísicos extremos. La detección de un neutrino con cientos de PeV abre un nuevo capítulo en la astronomía de neutrinos y nos ofrece una ventana de observación inédita del Universo.
El Origen de los Neutrinos de Alta Energía
El Universo de alta energía es el escenario de eventos catastróficos como la acreción de agujeros negros supermasivos en el corazón de galaxias, explosiones de supernovas y estallidos de rayos gamma, procesos que aún no se comprenden por completo.
Estas fuentes cósmicas pueden actuar como aceleradores naturales de partículas, generando rayos cósmicos que, al interactuar con la materia o la radiación cercana a su origen, producen neutrinos y fotones.
Además, los rayos cósmicos más energéticos pueden chocar con los fotones del fondo cósmico de microondas y dar lugar a neutrinos ultrarrelativistas denominados «cosmogénicos».
La doctora Rosa Coniglione, subportavoz de KM3NeT en el momento de la detección e investigadora en el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) de Italia, enfatizó la singularidad de los neutrinos en la exploración del cosmos: Los neutrinos son unas de las partículas elementales más enigmáticas. No tienen carga eléctrica, poseen una masa casi nula e interactúan de manera extremadamente débil con la materia. Son mensajeros cósmicos excepcionales, pues nos brindan información única sobre los mecanismos involucrados en los fenómenos más energéticos y nos permiten estudiar las regiones más lejanas del Universo.
Un Detector de Vanguardia en las Profundidades Marinas
A pesar de que los neutrinos son la segunda partícula más abundante en el Universo, después de los fotones, su detección es extremadamente desafiante debido a su escasa interacción con la materia. Por ello, es necesario contar con telescopios de dimensiones colosales. KM3NeT, actualmente en fase de construcción, es una infraestructura subacuática de proporciones gigantescas, distribuida en dos detectores: ARCA y ORCA.
En su configuración final, ocupará un volumen superior a un kilómetro cúbico y aprovechará el agua marina como medio de interacción para los neutrinos. Sus sofisticados módulos ópticos permiten detectar la luz de Cherenkov, un resplandor azul característico generado por partículas ultra-relativistas al propagarse en el agua.
Aart Heijboer, responsable de Física y Software de KM3NeT en el momento del descubrimiento e investigador en el Instituto Nacional de Física Subatómica (Nikhef) de Países Bajos, subrayó el desafío tecnológico del hallazgo: Para determinar la dirección y energía de este neutrino fue necesario calibrar el telescopio con gran precisión y desarrollar complejos algoritmos de reconstrucción de trayectorias. Lo más impresionante es que esta detección se logró con solo una décima parte de la configuración final del detector, lo que demuestra el enorme potencial del experimento para la astronomía de neutrinos.
Futuro de la Astronomía de Neutrinos
El detector KM3NeT/ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss) está diseñado para estudiar neutrinos de altísima energía y sus fuentes cósmicas. Ubicado a 3.450 metros de profundidad, a unos 80 km de la costa de Sicilia, cuenta con unidades de detección de 700 metros de altura. Su contraparte, KM3NeT/ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), está optimizada para analizar las propiedades fundamentales de los neutrinos y se encuentra a 2.450 metros de profundidad, a unos 40 km de la costa de Toulon, Francia.
El ingeniero Miles Lindsey Clark, gerente técnico del proyecto en el momento de la detección e investigador en el laboratorio de Astropartículas y Cosmología del CNRS en Francia, resaltó la magnitud del esfuerzo colectivo: La escala de KM3NeT y su ubicación extrema en el abismo del Mediterráneo reflejan el esfuerzo extraordinario requerido para avanzar en la astronomía de neutrinos y la física de partículas.
El hallazgo de este neutrino podría marcar el inicio de una nueva era en la exploración del cosmos. Las futuras observaciones se centrarán en detectar eventos similares para desentrañar el origen de estos mensajeros cósmicos y ampliar los horizontes de la astronomía de múltiples mensajeros.
FUENTES
The KM3NeT Collaboration. Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT. Nature 638, 376–382 (2025). doi.org/10.1038/s41586-024-08543-1
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