Miles de partículas atravesaron el interior de la Tierra antes de ser detectadas en el fondo del Mediterráneo, donde sus señales aportaron nuevas pistas sobre las reglas que gobiernan el universo
Un equipo internacional de físicos utilizó un telescopio de neutrinos instalado en el fondo del mar Mediterráneo para comprobar uno de los principios fundamentales de la teoría de la relatividad de Albert Einstein. El experimento, realizado frente a las costas de Toulon, en Francia, no encontró ninguna contradicción en sus leyes físicas.
La investigación se llevó a cabo con ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), un detector que forma parte del proyecto KM3NeT y que se encuentra a 2.400 metros bajo el agua. Aunque durante el estudio solo contaba con seis unidades de detección, sus resultados alcanzaron una precisión comparable con la de experimentos mucho más grandes y con varios años de funcionamiento. Los hallazgos se publicaron en la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
¿Qué buscaban los científicos al poner a prueba la relatividad de Einstein?
El equipo centró su investigación en la invariancia de Lorentz, un principio que establece que las leyes de la física deben ser las mismas sin importar la orientación o la velocidad del observador. Esta idea constituye una de las bases tanto de la relatividad general como del modelo estándar de la física de partículas.
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Sin embargo, ambas teorías todavía no logran explicar conjuntamente todos los fenómenos del universo. Por eso, los científicos llevan décadas buscando una teoría de gravedad cuántica que permita unirlas. Algunas propuestas consideran que el espacio-tiempo podría tener una estructura granular a escalas extremadamente pequeñas, lo que abriría la posibilidad de que la invariancia de Lorentz no sea completamente válida.
“Una de las suposiciones más básicas que hacemos sobre nuestro universo podría estar siendo violada”, explicó Lukas Hennig, investigador de física avanzada de la Universidad de Erlangen-Núremberg y coautor del estudio.
Para detectar una alteración tan pequeña, los investigadores recurrieron a los neutrinos, partículas que atraviesan la materia con muy pocas interacciones y pueden recorrer enormes distancias.
¿Cómo utilizaron los neutrinos para investigar posibles cambios en el espacio-tiempo?
Los neutrinos tienen una característica particular: existen en tres tipos, conocidos como electrónico, muónico y tauónico. Mientras viajan, pueden transformarse de uno a otro siguiendo un patrón predecible, un fenómeno denominado oscilación de neutrinos.
Si la invariancia de Lorentz estuviera rota, ese comportamiento podría cambiar. Además, las diferencias serían más evidentes cuanto mayor fuera la distancia recorrida por las partículas.
Para comprobarlo, los científicos analizaron neutrinos producidos cuando los rayos cósmicos chocan contra la atmósfera terrestre. Seleccionaron aquellos que atravesaron el planeta antes de llegar al detector, algunos después de recorrer hasta 12.700 kilómetros.
ORCA captó las señales mediante esferas de vidrio equipadas con sensores de luz. Cuando un neutrino interactúa con una partícula en el agua, genera un tenue destello azul que permite reconstruir su trayectoria y estudiar sus características.
“Solo los neutrinos pueden atravesar” la Tierra, señaló Hennig al explicar cómo el planeta funciona como un filtro natural para descartar otras partículas que podrían interferir con las mediciones.
¿Qué descubrieron los investigadores y qué pasará con el telescopio?
El análisis incluyó 5.828 neutrinos registrados durante aproximadamente 17 meses, entre 2020 y 2021. Los resultados mostraron que sus oscilaciones coincidían con las predicciones de la física convencional. Por tanto, no se encontraron pruebas de una ruptura de la invariancia de Lorentz.
El equipo también estableció los primeros límites directos para una posible alteración que afectaría de manera diferente a los neutrinos muónicos y tauónicos.
Uno de los aspectos más llamativos fue la precisión conseguida con un detector todavía incompleto. “Me sorprende que hayamos obtenido resultados competitivos con solo seis unidades de detección”, reconoció Hennig.
Actualmente, ORCA cuenta con 44 unidades instaladas y el proyecto contempla alcanzar las 108 para 2030. Los investigadores también planean repetir la búsqueda con ARCA, un detector ubicado frente a las costas de Sicilia, diseñado para estudiar neutrinos de mayor energía procedentes de fuentes cósmicas lejanas.
Alba Domi, otra de las investigadoras, destacó que estas partículas son especialmente interesantes para este tipo de estudios porque recorren distancias enormes y pueden ofrecer mejores oportunidades para detectar posibles efectos relacionados con una ruptura de las reglas fundamentales de la física.
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