Una sola partícula, casi intangible, ha desafiado los límites del conocimiento humano. Se trata de un neutrino de altísima energía, captado por primera vez por el nuevo detector subacuático KM3NeT, en las profundidades del Mediterráneo. Su hallazgo no solo prueba que el instrumento funciona a la perfección, sino que abre una nueva ventana hacia los fenómenos más extremos y misteriosos del cosmos.

En palabras de la astrónoma de neutrinos Naoko Kurahashi Neilson, de la Universidad de Drexel en Pensilvania, “eso, en sí mismo, ha sido suficiente para iniciar una nueva era en la astronomía de neutrinos”.

¿Qué es la partícula “imposible” que atravesó la Tierra y desafió todo lo que sabemos sobre el Universo?

El neutrino detectado atravesó toda la Tierra sin inmutarse, como un fantasma atravesando una pared. Su energía era tan elevada —unos 220 petaelectronvoltios (PeV), más de 15 veces la que el acelerador de partículas más potente del mundo puede producir— que su mera existencia desconcierta a la comunidad científica.

“Fue realmente sorprendente”, afirma Rosa Coniglione, investigadora del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia.

Y no es para menos. Los neutrinos, esas partículas casi sin masa que raramente interactúan con la materia, son notoriamente difíciles de estudiar. “Incluso hoy en día, los neutrinos son especialmente difíciles de estudiar en experimentos”, afirma Carlos Argüelles-Delgado, físico de la Universidad de Harvard. “Los neutrinos son una de las partículas más misteriosas de la tabla periódica de la física de partículas, conocida como el modelo estándar”.

Detectar uno tan energético es como hallar una gota en el océano: ocurre tal vez una vez al año por kilómetro cúbico de detector. Y eso es precisamente lo que hizo KM3NeT desde las profundidades del mar. “¿Cómo es posible que un detector más pequeño, tras un periodo de tiempo tan corto, detecte el más raro de todos, el neutrino de mayor energía?”, se pregunta Kurahashi Neilson.

KM3NeT es un enorme telescopio de neutrinos instalado en las profundidades del mar Mediterráneo, frente a la costa de Francia. Allí, a más de dos kilómetros bajo la superficie, una matriz de sensores de luz espera pacientemente el tenue destello que produce un neutrino cuando, muy raramente, choca con una molécula de agua.

“Cuando intenté observar este evento por primera vez, mi programa falló”, recuerda Paschal Coyle, físico del Centro de Física de Partículas de Marsella. Pero finalmente, el análisis conjunto con los datos del observatorio IceCube —otro gigantesco detector instalado en el hielo de la Antártida— permitió confirmar que el evento era real. Y no solo real: era excepcional.

“Llevo mucho tiempo esperando la puesta en marcha de KM3NeT”, celebra Ryan Nichol, físico del University College de Londres. “Este evento demuestra que su detector funciona a la perfección. Se puede hacer mucho más con dos detectores que con uno. Podemos medir fuentes simultáneas y recopilar datos con mayor rapidez”.

El neutrino detectado no provino del Sol, ni de ninguna supernova cercana. Según los datos, llegó desde las profundidades del cosmos, probablemente generado por un evento extremadamente energético: un agujero negro supermasivo, un blazar o incluso alguna fuente aún desconocida. Pero su origen exacto permanece como un enigma.

“¿Cómo es el universo violento? Realmente no lo sabemos”, dice Kurahashi Neilson. “Es muy posible que exista una estrella o galaxia oscura que solo se pueda ver en los neutrinos”.

Las primeras hipótesis apuntaron a una posible relación con un tipo especial de rayos cósmicos llamados neutrinos cosmogénicos —predichos desde hace décadas pero jamás observados directamente—. “Es una posibilidad muy emocionante”, dice Shirley Li, física de partículas de la Universidad de California, Irvine. “Se ha predicho este flujo [cosmogénico] desde siempre. Esto debe suceder, pero nunca se ha detectado”.

Sin embargo, la teoría no convence a todas las expertas. Para Glennys Farrar, física de partículas de la Universidad de Nueva York, esta posibilidad se descarta por completo. “Si realmente son 220 PeV, debe haber una población adicional [de fuentes de neutrinos]”, afirma. Es decir, alguna clase de objetos cósmicos aún desconocidos que los estén generando.

“Estas fuentes adicionales podrían simplemente ser versiones más extremas de las fuentes que IceCube ya detecta”, plantea Li. “No sabemos realmente cómo funciona un blazar”.

El neutrino captado por KM3NeT es más que un hallazgo aislado. Es una pieza nueva en un rompecabezas cósmico que apenas comenzamos a entender. “A mayor energía, hay menos neutrinos”, explica Argüelles-Delgado. “Por lo tanto, si se buscan los neutrinos de mayor energía, es necesario construir detectores muy grandes, tan grandes que no se puedan fabricar con materiales artificiales”.

Por eso se necesitan instrumentos colosales como KM3NeT o IceCube, que usan el propio planeta como escudo y medio de detección. “Estamos 100 % seguros de que [los neutrinos] tienen masa”, afirma Ryan Nichol. Y si además resultaran ser su propia antipartícula, como plantea una hipótesis pendiente de comprobar, podrían responder a una de las grandes preguntas cosmológicas: ¿por qué el universo está hecho de materia y no de antimateria? “Si los neutrinos son su propia antipartícula, eso podría explicar adónde fue a parar toda la antimateria del universo primitivo”, añade Nichol.

Pero, como reconoce el propio Argüelles-Delgado, los avances no son tan rápidos como deberían. “Ahora solo sabemos de ellos en las grandes conferencias”, lamenta. “Es difícil saber qué está pasando, lo cual es una lástima”.

Los neutrinos, esas partículas casi imposibles, están comenzando a hablar. Susurros de estrellas lejanas, explosiones titánicas y misterios aún sin nombre viajan miles de millones de años luz hasta toparse con sensores sumergidos en hielo o en el mar.

Hoy, un solo neutrino ha encendido las alarmas, los análisis y la imaginación científica en todo el mundo. Porque si hay algo que estos mensajeros invisibles nos están enseñando, es que el universo aún tiene muchos secretos que revelar. Y ahora, más que nunca, tenemos cómo escucharlos.