La detección de neutrinos para estudiar los fenómenos más extremos del universo es uno de los campos más innovadores de la Física actualmente. El Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) y la Universidad de Harvard (EE.UU.) han colaborado juntos en un estudio que muestra, por primera vez, la producción de un tipo de neutrino procedente de estos fenómenos galácticos mediante un efecto no previsto. Su trabajo es portada de una de las revistas más importantes en Física, Physical Review Letters.
Los neutrinos son las partículas elementales más abundantes del universo. También son las más difíciles de detectar, porque sus propiedades hacen que apenas interactúen con la materia ordinaria que nos rodea. Por esta misma propiedad, como estas partículas no se ven alteradas, contienen un mensaje directo del lugar donde se originan, fenómenos extremos del universo como estallidos de supernovas. De igual manera que se pueden utilizar ondas gravitacionales para estudiar los agujeros negros, se podrían emplear neutrinos para estudiar estos sucesos violentos del cosmos, constituyendo una alternativa eficaz a la observación y análisis de estos fenómenos mediante luz visible. A diferencia de los neutrinos, las partículas que conforman la luz (fotones), sí interaccionan con la materia, alterando sus propiedades en el recorrido que hacen desde el fenómeno galáctico hasta nuestros detectores, lo cual nos proporciona análisis menos rigurosos de estos eventos.
Varios experimentos tienen como objetivo detectar estos neutrinos extra-galácticos, que llegan a la Tierra con energías miles de veces superiores a las observadas en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. En particular, el neutrino tauónico, uno de los tres tipos de neutrinos conocidos, es el principal foco de atención para la mayoría de los experimentos que se diseñan actualmente. Esto se debe a que los neutrinos tauónicos tienen unas propiedades que permiten detectarlos más fácilmente.
En el presente estudio, investigadores del IFIC y de la Universidad de Harvard han mostrado por primera vez que otros tipos de neutrinos pueden producir neutrinos tauónicos cuando cruzan la Tierra, es decir, que no necesariamente todos los neutrinos tauónicos que nos llegan son extra-galácticos, sino que algunos se producen a partir de otros neutrinos cuando estos últimos atraviesan nuestro planeta. Esta componente es significativa y no había sido tenida en cuenta hasta ahora. Además, han podido demostrar que la próxima generación de experimentos se verá afectada por este fenómeno. Por ello, los expertos destacan la necesidad de diseñar experimentos que puedan observar no solo neutrinos tauónicos, sino también otro tipo de neutrinos.
Respuesta positiva de la comunidad científica
“El estudio de los neutrinos de alta energía se está convirtiendo en un tema muy atractivo gracias a experimentos como IceCube o ANTARES. Estamos teniendo una respuesta muy positiva de la comunidad científica sobre este trabajo, ya que el fenómeno que hemos estudiado resalta la necesidad de crear un ecosistema de experimentos si queremos entender el origen de los neutrinos de alta energía”, explica Alfonso García Soto, investigador Marie Curie en el IFIC y en Harvard.
Este trabajo surge en el marco del proyecto UNOS, financiado por fondos europeos asociados al programa Marie Sklodowska-Curie Actions. Gracias a este proyecto, investigadores del grupo de KM3NeT/ANTARES del IFIC y el Departamento de Física de la Universidad de Harvard están colaborando en varios estudios sobre neutrinos de alta energía.
La Física de Astropartículas, un campo fundamental en pleno desarrollo
La Física de Astropartículas es un campo de investigación, relativamente reciente, que se consolida como una intersección entre la Física de Partículas, la Astronomía y la Cosmología. Si la Astronomía estudia el universo mirando la luz (formada por partículas llamadas fotones), la Física de Astropartículas lo hace estudiando otras partículas que proceden del cosmos con energías mucho mayores a las producidas en aceleradores de partículas como el LHC. Estas partículas ofrecen información esencial sobre sucesos ocurridos en el universo, como explosiones de supernovas o la formación de agujeros negros. El objetivo de la Física de Astropartículas es comprender la composición y evolución del universo y su campo de investigación cubre el estudio de los rayos cósmicos, rayos gamma, neutrinos, materia oscura, energía oscura y ondas gravitatorias.
A medida que la Física de Astropartículas se ha ido desarrollando, se han ido abriendo nuevas ventanas del universo donde la luz, o en general las ondas electromagnéticas, ya no son las únicas 'formas de mensajería'. La materia ordinaria, tal como nosotros la conocemos, es solo la punta del iceberg, ya que representa solamente una fracción no mayoritaria de toda la materia del universo. La Física de Astropartículas tiene como uno de sus objetivos comprender la naturaleza del resto de la materia desconocida, constituida por materia oscura, así como de la energía oscura.
Actualmente, diversos grupos miembros del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), como es el caso del IFIC, dedican parte de su labor investigadora al campo de la Física de Astropartículas, que se encuentra en pleno desarrollo y se consolida como una de las disciplinas más activas actualmente.
