Un potent telescopi submergit en les profunditats de la Mediterrània, el KM3NeT (acrònim de telescopi de neutrins de quilòmetre cúbic), ha detectat el neutrí de més energia captat mai en un experiment similar. La troballa, portada de la prestigiosa revista Nature, proporciona la primera evidència que neutrins d’energies tan altes es produeixen a l’Univers, encara que el seu origen continua sent una incògnita.
En el KM3NeT, hi participen la Universitat de València (UV) i la Universitat Politènica de València (UPV), la Universitat Politècnica de Catalunya, entre altres grups científics de l’Estat: l’Institut de Física Corpuscular (IFIC), el centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i la Unitat Mixta de l’Institut Espanyol d’Oceanografia del CSIC, i la Universitat de Granada. La col·laboració internacional en aquest experiment reuneix més de 360 científics, enginyers, tècnics i estudiants de 68 institucions de 22 països de tot el món.
El 13 de febrer del 2023, el detector ARCA del telescopi submarí de neutrins KM3NeT va detectar un extraordinari esdeveniment associat a un neutrí d’una energia estimada en uns 220 PeV (220.000 bilions de electronvolts, molt més gran que les partícules que produeix el LHC del CERN), segons ha informat el CSIC.
Aquest esdeveniment, anomenat KM3-230213A, és el neutrí més energètic observat mai fins ara i proporciona la primera evidència que neutrins d’energies tan altes es produeixen a l’Univers.
Un muó
L’esdeveniment detectat es va identificar com a un muó (una partícula elemental emparentada amb l’electró) que va travessar tot el detector, produint senyal en més d’un terç dels sensors. La inclinació de la seua trajectòria juntament amb la seua enorme energia proporciona proves convincents que el muó es va originar a partir d’un neutrí còsmic que va interactuar en les proximitats del detector.
«KM3NeT ha començat a explorar un rang d’energia i sensibilitat on els neutrins detectats poden ser produïts en fenòmens astrofísics extrems. Aquesta primera detecció d’un neutrí de centenars de PeV obri un nou capítol en l’astronomia de neutrins i una nova finestra d’observació de l’univers», comenta el portaveu de KM3NeT en el moment de la detecció i investigador del Centre de Física de Partícules IN2P3/CNRS de Marsella, Paschal Coyle.
«Missatgers còsmics especials»
La publicació assenyala que l’univers d’alta energia és el regne d’esdeveniments colossals com els forats negres supermassius, les explosions de supernoves i els esclats de raigs gamma, «successos que encara no es comprenen completament».
Aquests poderosos acceleradors còsmics generen fluxos de partícules anomenades raigs còsmics, que poden interaccionar amb la matèria d’al voltant produint neutrins i fotons. Durant el seu viatge per l’univers, els raigs còsmics més energètics poden interactuar amb els fotons de la radiació de fons de microones, la primera llum després de l’origen del cosmos, per a produir neutrins extremadament energètics, anomenats cosmogènics.
«Els neutrins són una de les partícules elementals més misterioses. No tenen càrrega elèctrica, quasi no tenen massa i interactuen feblement amb la matèria. Són missatgers còsmics especials, que ens proporcionen informació única sobre els mecanismes involucrats en els fenòmens més energètics i ens permeten explorar els confins més llunyans de l’univers», explica la portaveu adjunta de KM3NeT en el moment de la detecció i investigadora en l’Institut Nacional de Física Nuclear (INFN) d’Itàlia, Rosa Coniglione.
«Segona partícula més abundant de l’Univers»
Encara que són la segona partícula més abundant de l’Univers després dels fotons que formen la llum, la seua interacció extremadament feble amb la matèria els fa molt difícils de detectar, i necessita detectors enormes. El telescopi de neutrins KM3NeT, actualment en construcció, és una gegantesca infraestructura en el fons de la mar consistent en dos detectors, ARCA i ORCA.
KM3NeT utilitza l’aigua de la mar com a mitjà d’interacció per a detectar els neutrins. Els seus mòduls òptics d’alta tecnologia detecten la llum Cherenkov, una resplendor blavosa que genera la propagació en l’aigua de partícules ultres-relativistes resultants de les interaccions amb neutrins. Aquest neutrí d’ultra alta energia pot tindre el seu origen directament en un potent accelerador còsmic. Alternativament, podria ser la primera detecció d’un neutrí cosmogènic.
No obstant això, els científics de la col·laboració asseguren que, basant-se en aquest únic neutrí, «és difícil arribar a conclusions sobre el seu origen».
Les futures observacions se centraran a detectar més esdeveniments d’aquesta classe per a construir una imatge més clara. L’expansió en curs de KM3NeT amb unitats de detecció addicionals i l’adquisició de noves dades milloraran la seua sensibilitat i augmentaran la seua capacitat per a identificar fonts de neutrins còsmics, convertint a KM3NeT en un actor principal en l’astronomia multimissatger.
