Un equipo internacional de científicos ha analizado más de 5.800 neutrinos atmosféricos registrados a una profundidad superior a los 2.000 metros en el fondo del mar Mediterráneo para verificar la validez de las leyes de la física en distintas direcciones del universo.
Lo que debe saber
- El estudio analizó 5.828 neutrinos atmosféricos en el Mediterráneo para verificar la relatividad de Einstein.
- No se hallaron grietas en la invariancia de Lorentz, pero se fijaron los límites experimentales más precisos hasta hoy.
- Los datos provienen del detector KM3NeT/ORCA, situado a 2.450 metros de profundidad frente a Francia.
El estudio, publicado esta semana en la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, busca determinar si el principio de invariancia de Lorentz, pilar de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, presenta alguna anomalía en escalas extremas.
Esta premisa fundamental sostiene que las leyes físicas deben operar de igual manera para observadores en movimiento uniforme, pero teorías modernas que intentan reconciliar la gravedad con la mecánica cuántica sugieren que este principio podría violarse en escalas extremas.
Aunque los investigadores no encontraron evidencias de que este principio se rompa, los datos permitieron establecer los límites experimentales más precisos hasta ahora para restringir posibles desviaciones. Entre los hallazgos más relevantes destaca la obtención de las primeras restricciones directas sobre el comportamiento entre neutrinos muónicos y tauónicos.
La investigación se centra en una de las preguntas fundamentales de la ciencia contemporánea: la naturaleza del tejido del cosmos. Según explicó Alba Domi, investigadora del Centro Erlangen para la Física de Astropartículas (ECAP) en la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nürnberg y coautora principal del trabajo, aún se desconoce si el espacio-tiempo es continuo o si está compuesto por unidades discretas muy pequeñas.
Para Domi, la búsqueda de violaciones en la invariancia de Lorentz es una vía para explorar esta posibilidad. El equipo utilizó neutrinos, partículas subatómicas extremadamente ligeras que tienen la capacidad de atravesar el planeta entero sin desviarse.
“Todavía no sabemos si nuestro espacio-tiempo es continuo o si podría estar compuesto por unidades discretas muy pequeñas”
— Alba Domi, investigadora del ECAP, según recogió Agencia SINC
El uso de neutrinos como mensajeros
Durante su trayecto, estas partículas experimentan un fenómeno de oscilación, en el cual se transforman de un tipo o «sabor» a otro: electrónico, muónico o tauónico. Dado que las probabilidades de esta metamorfosis están calculadas con una precisión teórica enorme, cualquier variación en las tasas de oscilación observadas actuaría como un indicador de una nueva física.
El análisis comparó las energías y la dirección de llegada de los neutrinos con las predicciones del modelo estándar, mostrando un acuerdo pleno con la relatividad general. Los datos utilizados en el estudio corresponden a 1,4 años de registros obtenidos con las primeras seis unidades de detección del telescopio submarino KM3NeT/ORCA.
Esta infraestructura se encuentra instalada frente a las costas de Tolón, en Francia, a unos 2.450 metros de profundidad. A pesar de que el detector está en fases iniciales, la precisión de los límites fijados iguala a la de experimentos consolidados con décadas de trayectoria, como IceCube en el Polo Sur o Super-Kamiokande en Japón.
Infraestructura y futuras fases
La red KM3NeT funciona mediante dos detectores complementarios en el fondo marino. El primero, ORCA, está optimizado para medir neutrinos atmosféricos de baja energía y estudiar sus oscilaciones. El segundo, ARCA, se sitúa a 3.500 metros de profundidad frente a la costa de Sicilia, en Italia, y está diseñado para captar neutrinos de muy alta energía procedentes del espacio profundo.
Lukas Hennig, investigador de doctorado en el ECAP y coautor del artículo, señaló que estos resultados demuestran la capacidad de KM3NeT/ORCA para poner a prueba principios fundamentales incluso con un detector relativamente pequeño. Según Hennig, la obtención de más datos a medida que el sistema se expanda permitirá buscar efectos todavía más sutiles.
En las próximas etapas del proyecto, los físicos planean extender estas búsquedas a las observaciones de ARCA. Las fuentes astrofísicas lejanas ofrecen una oportunidad única, ya que las hipotéticas violaciones de la invariancia de Lorentz se acentúan en distancias cósmicas masivas y energías elevadas. Alba Domi concluyó que ARCA podría estar especialmente capacitado para estas investigaciones a medida que se acumule una muestra mayor de neutrinos astrofísicos.
