Un nuevo detector de neutrinos permitirá estudiar la materia oscura, las explosiones de supernova y otros fenómenos astrofísicos

Suspendidas cerca del fondo del mar Mediterráneo, frente a las costas de Francia e Italia, 126 esferas de cristal del tamaño de un balón de fútbol aprovechan el propio océano para buscar señales de materia oscura, supernovas y colisiones de estrellas de neutrones. Se trata de los primeros de muchos otros dispositivos de esta clase que desplegará el proyecto KM3NeT (https://www.km3net.org/), acrónimo de Telescopio de Neutrinos de un Kilómetro Cúbico.

Los neutrinos son partículas elementales carentes de carga eléctrica y que apenas poseen masa. «A diferencia de lo que ocurre con los rayos cósmicos, la trayectoria de los neutrinos no se ve afectada por los campos magnéticos del espacio intergaláctico, lo cual los convierte en mensajeros únicos», explica Walter Winter, astrofísico del Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY) que no está implicado en el proyecto. «Su estudio complementa al que aportan otras fuentes, como la radiación electromagnética y las ondas gravitacionales.»

Los neutrinos apenas interaccionan con otras partículas, por lo que pueden atravesar extensas regiones de materia y recorrer distancias astronómicas sin sufrir alteraciones. Es precisamente ese comportamiento fantasmal lo que los convierte en candidatos idóneos para estudiar el cosmos. El KM3NeT ocupará un volumen efectivo de un kilómetro cúbico de agua (el equivalente a 400.000 piscinas olímpicas) repartido entre dos instalaciones que usarán el agua circundante a modo de lente gigantesca. Más de 6000 esferas, cada una de ellas equipada con 31 detectores de alta sensibilidad denominados tubos fotomultiplicadores, se engancharán a sendos cables anclados al fondo marino y que se mantendrán tensos por medio de boyas.

«Por cada millón de neutrinos [que atraviese el agua] tal vez uno o dos interaccionen con los quarks que componen los núcleos de los átomos de hidrógeno y oxígeno del agua circundante», indica el director de física y software del proyecto, Paschal Coyle, del Centro de Física de Partículas de Marsella. «Puesto que los neutrinos cósmicos poseen una energía elevada, tales interacciones generan partículas cargadas que se mueven a gran velocidad.»

Tanto es así que, en el interior del agua, tales partículas avanzan más rápido que la propia luz en dicho medio. Ello genera un efecto óptico que Coyle compara con el estallido que produce un avión cuando rompe la barrera del sonido. La radiación liberada en el proceso, conocida como luz de Cherenkov, es entonces analizada por los detectores submarinos, lo que a la postre permite reconstruir la energía y la dirección del neutrino incidente.

En comparación con los demás telescopios de neutrinos existentes, «KM3NeT será único, especialmente por su capacidad para observar el cielo del hemisferio sur con una resolución direccional y energética sin precedentes, además de por su gigantesco tamaño», explica Winter.

La localización francesa del experimento, cuya finalización se prevé para 2024, detectará los neutrinos de baja energía que se generan cuando los rayos cósmicos interaccionan con la atmósfera terrestre. Conforme atraviesan el planeta, estas partículas proporcionan una radiografía de su interior. El emplazamiento italiano, que se espera que comience a operar en 2026, se centrará en los neutrinos generados en explosiones de estrellas lejanas, así como en los que, según diversas teorías, podrían producirse en zonas con una gran densidad de materia oscura cuando esta colisione consigo misma.

Un aspecto tal vez curioso es que el nuevo telescopio obtendrá imágenes mucho más nítidas cuando mire «hacia abajo». Ello se debe a que de esta manera podrá usar la Tierra a modo de filtro y evitar así las múltiples partículas que se generan continuamente en la atmósfera cuando los rayos cósmicos chocan contra ella. De todas las partículas producidas de este modo, solo los neutrinos son capaces de atravesar el planeta.

Fuente: investigacionyciencia.es