Detectat el neutrí còsmic més energètic mai observat: què és i com ens ajudarà a entendre l'Univers?

GinebraInvestigadors de la col·laboració europea KM3NeT han detectat el neutrí més energètic que mai s'hagi observat. L'observació va tenir lloc el 13 de febrer al detector ARCA, un potent telescopi de neutrins situat a les profunditats del mar Mediterrani. Els resultats, publicats aquest dimecres a la revista Nature, són la primera evidència que neutrins tan energètics es poden produir a l'Univers. Aquestes partícules són molt lleugeres, sense càrrega, i interaccionen molt poc amb la matèria. Tot i que són la segona partícula més abundant de l'Univers, les característiques dels neutrins fan que detectar-los sigui molt complicat i que per estudiar-los detalladament calgui tecnologia molt avançada. La descoberta representa un pas important en la comprensió dels fenòmens més energètics del cosmos.

"KM3NeT ha començat a sondejar un rang d'energies en què els neutrins es podrien originar a causa de fenòmens astrofísics extrems", declara Paschal Coyle, portaveu de la col·laboració KM3NeT i investigador del Centre Nacional d'Investigacions Científiques (CNRS) francès, que afegeix: "Aquest descobriment obre una nova finestra d'observació a l'Univers".

L'origen d'aquesta partícula encara està per determinar, tot i que els investigadors es plantegen dues possibles explicacions. La primera és que el neutrí en qüestió es generés a causa d'un dels esdeveniments més energètics de l'Univers, com són les explosions de supernoves o els forats negres supermassius. Una altra possibilitat és que es generés després de la col·lisió d'un raig còsmic amb la radiació de fons de microones, el romanent que omple tot l'Univers des que era molt jove.

Un detector al fons marí

Cada segon milers de milions de neutrins provinents del Sol travessen el nostre cos, però gairebé la totalitat ho fan sense interaccionar-hi. Per poder detectar-los es requereix una tecnologia molt sensible.

El telescopi de neutrins KM3NeT, que tot i la detecció encara es troba en fase de construcció, està distribuït en dos detectors, ARCA i ORCA, situats sota l'aigua a prop de Sicília i a la costa del Mediterrani francès, respectivament. Cadascun d'ells està compost per un centenar de detectors esfèrics ancorats al fons marí a una profunditat d'uns 2.500 metres, formant un arranjament circular de més de 200 metres de diàmetre. Situar els detectors de neutrins a sota del gruix de l'oceà permet filtrar gran part de la radiació còsmica, cosa que permet tenir més sensibilitat i més precisió en les observacions.

En realitat, la partícula detectada va ser un muó, una partícula semblant a un electró però unes dues-centes vegades més massiva. En travessar l'aigua, el muó genera una llum blavosa anomenada radiació de Cherenkov, que incideix sobre els detectors. L'angle d'inclinació i l'energia amb què es va observar el muó fan pensar que es va generar a conseqüència de la interacció d'un neutrí còsmic amb l'aigua marina a les proximitats del detector.

La col·laboració KM3NeT aplega més de 360 científics, enginyers i tècnics de 68 institucions situades en 21 països. "La detecció d'aquest esdeveniment és el resultat d'un treball col·laboratiu internacional", explica Miles Lindsey Clark, directora de projectes de KM3NeT en el moment de la detecció. Entre els col·laboradors hi ha l'Institut de Física Corpuscular (IFIC) de València, el CSIC i el LAB de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC).

Portadors d'informació "invisible"

"Els neutrins són uns missatgers còsmics especials. Ens aporten informació essencial sobre els mecanismes involucrats en els fenòmens més energètics que ens permet explorar els racons més profunds de l'Univers", explica Rosa Coniglione, portaveu de la col·laboració KM3NeT i investigadora de l'Institut de Recerca Nuclear Italià (INFN).

Esdeveniments com les col·lisions de forats negres, les explosions de supernoves i els esclats de raigs gamma són fenòmens encara molt desconeguts. Tots aquests fenòmens generen grans fluxos de raigs còsmics, que viatgen per tot l'Univers produint grans quantitats de fotons i neutrins. Per aquesta raó, tant els astrofísics com els físics de partícules estan molt interessats en l'estudi detallat d'aquestes partícules. Els neutrins, que són tan elusius, podrien tenir la clau per respondre a moltes de les qüestions obertes sobre el món subatòmic i la cosmologia, com per exemple per què al nostre Univers hi ha més matèria que antimatèria.

Entendre l'univers "invisible"

Les futures observacions se centraran a detectar més esdeveniments com aquests per construir un mapa més precís de l'Univers. Així, el telescopi KM3NeT augmentarà la seva sensibilitat per poder detectar més fonts de neutrins còsmics.

Descobriments com el que recentment ha fet la col·laboració KM3NeT aporten informació essencial per entendre l'origen precís d'aquests neutrins còsmics. L'objectiu dels astrofísics és que els neutrins es converteixin en un dels canals fonamentals del que es coneix com a astronomia multimissatge, que combina informació provinent de diferents fonts que permetin entendre en profunditat els mecanismes que governen el funcionament intern del nostre Univers.