Proponen que la 'partícula imposible' que tocó la Tierra en 2023 era de materia oscura

El evento fue tan extremo que, según recuerdan los propios físicos del Centro de Física de Partículas de Marsella, donde se recibieron los datos, su programa informático se 'colapsó' al intentar analizarlos.

El KM3NeT, que aún opera de forma parcial porque no está del todo construido (se prevé que esté totalmente operativo alrededor de 2029), apenas tenía entonces una décima parte de sus detectores desplegados cuando ocurrió este suceso. Lo cual plantea una pregunta intrigante: ¿cómo es posible que un detector aún pequeño y con poco tiempo operando, consiguiera avistar el neutrino de más alta energía jamás registrado, cuando el detector IceCube, en el Polo Sur, mucho más grande y con más años de funcionamiento, nunca había detectado nada comparable? La energía de 220 PeV es equivalente a la energía de un grano de arena cayendo unos pocos centímetros, pero concentrada en un espacio casi infinitamente más pequeño.

La energía sin precedentes de aquel supuesto neutrino ha generado un intenso debate en la comunidad científica. Porque si no se trata de un falso positivo, algo que se ha verificado ya en distintas ocasiones, entonces necesita una explicación.

Una posibilidad es que provenga de un tipo de 'acelerador de partículas cósmicas' aún desconocido por nosotros y de un poder extremo. Estos 'aceleradores naturales', como los blazares y las supernovas, producen ondas de choque que aceleran protones en un proceso conocido como aceleración de Fermi. Los neutrinos de alta energía se generarían cuando estos protones chocan con otros protones o con fotones, las partículas de luz. Sin embargo, los mecanismos precisos de producción de neutrinos en estos entornos aún no se comprenden del todo. Lo cierto es que, mal que nos pese, aún no sabemos cómo funciona realmente un blazar.

Otra posibilidad, más intrigante, es que la detección de KM3NeT sea el primer avistamiento de una fuente de neutrinos de fondo predicha para las energías más altas en el Universo: los neutrinos cosmogénicos. Se cree que estos neutrinos, con energías superiores a los 100 PeV, se producen cuando rayos cósmicos de energía ultra alta chocan con la radiación de fondo de microondas (CMB), una especie de radiación remanente del Big Bang que impregna el Universo entero. Pero si estos neutrinos cosmogénicos realmente existen, ¿Por qué Ice Cube, que es mucho más potente, no los ha detectado ya?

Ahora, en un artículo que ya puede consultarse en el servidor de prepublicaciones 'arXiv ', Bhupal Dev, de la Universidad de Washington en St. Louis, Missouri, y sus colegas han propuesto una audaz explicación: ¿y si después de toda la partícula detectada por KM3NeT no fuera un neutrino, sino una partícula de materia oscura nacida quizás en un lejano blazar y que chocó en 2023 con nuestro planeta?

Los detectores de neutrinos desde luego, ya se enfrentan, de por sí, a una tarea difícil, ya que estas partículas interactúan muy raramente con la materia. Cuando un neutrino llega a la Tierra, ocasionalmente (uno de cada millas de millones) puede chocar con algún átomo, produciendo un muón que puede ser detectado tanto por por KM3NeT como por IceCube. Pero la energía extrema del evento de KM3NeT y el hecho de que IceCube no lo viera, a pesar de su excepcionalidad, llevó a Dev a considerar hipótesis más arriesgadas, como la de la materia oscura.

Según Dev, en efecto, si la partícula entrante fuera de materia oscura y no un neutrino, el misterio quedaría resuelto. La trayectoria predicha de la partícula, relativamente poco profunda, significaría que tuvo que viajar a través de una parte mayor de la Tierra para llegar a KM3NeT que a IceCube, lo que aumentaría su probabilidad de chocar con alguna otra partícula y produjera un muón. «Eso podría explicar por qué IceCube no la vio», afirma Dev. El investigador se inclina por esta idea porque los protones de alta energía en un blazar transfieren su energía de manera más eficiente a la materia oscura que a los neutrinos.

Por supuesto, no todos están convencidos de que Dev tenga razón, y muchos piensan que, después de todo, lo más probable es que el evento fuera producido por un neutrino ordinario, aunque excepcionalmente energético. Sin embargo, si la idea de Dev y su equipo resultara ser correcta, abriría un nuevo camino para detectar y estudiar las partículas de materia oscura, algo que nunca se había hecho hasta ahora.

Resolver el enigma de este neutrino de ultra alta energía podría, por lo tanto, revolucionar nuestra comprensión tanto de los propios neutrinos como del resto del cosmos, especialmente de algunos de sus fenómenos más violentos y desconocidos.

Los neutrinos, también conocidos como las 'partículas fantasma', están entre los entes más enigmáticos del Universo. Se trata de partículas subatómicas realmente diminutas, casi sin masa, y que además carecen de carga eléctrica, lo que las convierte, de lejos, en unas de las más difíciles de estudiar. De hecho, rara vez interactúan con la materia, lo que les permite atravesar galaxias enteras sin chocar ni siquiera con uno de sus átomos. Un neutrino podría viajar a través de un año luz de un material tan denso como el plomo sin toparse con ninguna otra partícula.

A pesar de su naturaleza esquiva, y debido a su extraordinario número, los neutrinos son de gran interés para los físicos, ya que podrían contener las claves para desentrañar algunos de los misterios más profundos del cosmos, desde la materia oscura hasta el origen mismo de la materia en el Universo temprano.

La existencia de los neutrinos fue propuesta por primera vez por Wolfgang Pauli en 1930 para explicar la aparente 'pérdida' de energía durante la desintegración radiactiva. Pero no fue hasta 1956 que fueron detectados experimentalmente. Desde entonces, la comunidad científica trabaja incansablemente para comprender mejor estas extrañas partículas.

Para conseguirlo, se han construido por todo el mundo 'cazadores de neutrinos' gigantescos. Uno de los más potentes es IceCube, que comenzó a operar en 2010. Situado en el Polo Sur, consta de millas de detectores del tamaño de una pelota de baloncesto incrustadas en un kilómetro cúbico de hielo. Cuando un neutrino de alta energía interactúa con algún átomo de hielo, algo que sucede muy de vez en cuando, produce una partícula llamada muón, que debido a su enorme velocidad genera una especie de 'estampido sónico' de luz, conocida como radiación Cherenkov, que se manifiesta como un tenue resplandor de color azul. Esta radiación es la que registran los detectores de IceCube.

IceCube detecta cientos de neutrinos diariamente. La mayoría son neutrinos atmosféricos, producidos cuando los rayos cósmicos (partículas de alta energía generadas en todo tipo de eventos cósmicos y que viajan por todo el Universo) chocan con nuestra atmósfera. Pero los neutrinos cósmicos son mucho más raros. Tanto, que IceCube apenas ha detectado unos pocos cientos de ellos desde que empezó a funcionar.

La primera detección de neutrinos cósmicos en 2011 por IceCube marcó el comienzo de una nueva era: la llamada 'astronomía de neutrinos'. A diferencia de las partículas que constituyen los rayos cósmicos, los neutrinos viajan en línea recta debido a su falta de carga y su pequeña masa, lo que permite a los astrónomos rastrear su origen. Otras partículas más pesadas y cargadas eléctricamente, sin embargo, sufren importantes desviaciones al atravesar potentes campos magnéticos o gravitatorios, lo que a menudo impide determinar exactamente de dónde proceden. En 2018, IceCube logró rastrear por primera vez un neutrino hasta su fuente: un blazar, una galaxia con un agujero negro supermasivo en su centro que emite chorros de partículas hacia la Tierra.

KM3NeT, por su parte, fue diseñado para complementar a IceCube, ofreciendo un nuevo punto de vista desde el fondo del Mediterráneo. Mientras IceCube utiliza el hielo como detector natural, KM3NeT emplea el agua del mar. Cuando esté totalmente operativo, estará compuesto por 345 largas cadenas sumergidas en el mar, cada una con 18 detectores de luz esféricos.