El 13 de febrero de 2023, el detector ARCA del telescopio de neutrinos KM3NeT, ubicado en las profundidades del mar Mediterráneo, detectó un evento extraordinario: un neutrino con una energía estimada en 220 Petaelectronvoltios (PeV), el más energético jamás observado. Dos años después, el 12 de febrero de 2025, la colaboración internacional de KM3NeT ha publicado los detalles de este descubrimiento en la revista Nature.

El evento, denominado KM3-230213A, fue identificado como un muón [es una partícula elemental similar al electrón, pero con una masa mucho mayor] que atravesó el detector, activando más de un tercio de sus sensores. Según la investigación su inclinación y su extrema energía confirman que este muón se originó por la interacción de un neutrino cósmico en las inmediaciones del detector.

"KM3NeT ha comenzado a explorar un rango de energías y sensibilidades donde los neutrinos detectados pueden provenir de fenómenos astrofísicos extremos. La detección de un neutrino de cientos de PeV abre una nueva ventana de observación en la astronomía de neutrinos", asegura Paschal Coyle, portavoz de KM3NeT y científico del CNRS de Francia en el momento del hallazgo.

“Los neutrinos son una de las partículas elementales más misteriosas. No tienen carga eléctrica, casi no tienen masa e interactúan débilmente con la materia. Son mensajeros cósmicos especiales, que nos proporcionan información única sobre los mecanismos involucrados en los fenómenos más energéticos y nos permiten explorar los confines más lejanos del universo”, explica Rosa Coniglione, portavoz adjunta de KM3NeT en el momento de la detección e investigadora en el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) de Italia.

El significado de 220 PeV: una escala de energía cósmica

El neutrino detectado por KM3NeT, con 220 PeV, supera cualquier energía alcanzada por el ser humano en laboratorios y solo puede generarse en fenómenos cósmicos extremos, como la acreción de materia en agujeros negros supermasivos, explosiones de supernovas y estallidos de rayos gamma.

Para comprender la magnitud de este descubrimiento, es fundamental entender la escala de energía de los electronvoltios (eV) hasta los petaelectronvoltios (PeV):

UnidadAbreviaturaEquivalencia en eVEjemplo
ElectronvoltioeVeVEnergía de un fotón infrarrojo
KiloelectronvoltiokeVeV = 1,000 eVRayos X médicos
MegaelectronvoltioMeVeV = 1,000,000 eVEnergía de la fisión nuclear
GigaelectronvoltioGeVeV = 1,000,000,000 eVAceleradores de partículas
TeraelectronvoltioTeVeV = 1,000,000,000,000 eVEnergía del LHC (Gran Colisionador de Hadrones)
PetaelectronvoltioPeVeV = 1,000,000,000,000,000 eVNeutrinos extremos del cosmos

Pescando neutrinos en el Mediterráneo

Para detectar los neutrinos se requieren telescopios gigantes como KM3NeT, un observatorio submarino distribuido en dos detectores principales: ARCA, dedicado a la detección de neutrinos astrofísicos de alta energía, y ORCA, enfocado en estudiar las propiedades fundamentales de los neutrinos.

Las unidades de detección del KM3NeT antes de ser sumergidas en el mediterráneo.
Las unidades de detección del KM3NeT antes de ser sumergidas en el mediterráneo.

Situado en el mar Mediterráneo a una profundidad de 3.500 m, a unos 80 km de la costa de Capo Passero, en Sicilia, el telescopio ARCA, junto con su detector hermano ORCA, situado en la costa de Toulon, Francia, se creó para que los científicos pudieran identificar las fuentes astrofísicas de neutrinos cósmicos de alta energía y estudiar las propiedades fundamentales de los neutrinos, las partículas elementales más esquivas y omnipresentes conocidas.

Origen desconocido

Este hallazgo abre la puerta a una nueva era en la exploración del Universo. "Determinar la dirección y energía de este neutrino requirió una calibración precisa del telescopio y algoritmos avanzados de reconstrucción de trayectorias", explica Aart Heijboer, gerente de física y software de KM3NeT en el momento del hallazgo.

Aún no está claro si este evento, KM3-230213A, proviene de un acelerador cósmico o si es el primer neutrino cosmogénico detectado, generado por interacciones de rayos cósmicos con la radiación de fondo del Universo. Los investigadores confían en que futuras observaciones permitirán esclarecer su origen y continuar el desarrollo de la astronomía de neutrinos.

Para avanzar en esta línea de investigación KM3NeT contará en el futuro con más unidades de detección que mejorarán su sensibilidad y nos proporcionarán más información sobre el cosmos en combinación con las observaciones de telescopios de rayos gamma, ondas gravitacionales y otras señales astrofísicas.

Participación española y el pionero ANTARES

La colaboración KM3NeT reúne a más de 360 científicos, ingenieros, técnicos y estudiantes de 68 instituciones de 22 países de todo el mundo. En España participan el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del CSIC y la Universitat de València; la Unidad Mixta del Instituto Español de Oceanografía (IEO) del CSIC y la Universitat Politècnica de València (UPV); el IGIC de la Universitat Politècnica de València; la Universidad de Granada; y el LAB de la Universitat Politècnica de Catalunya.

La participación española en los telescopios de neutrinos data de hace casi tres décadas, cuando un pequeño grupo de investigadores del IFIC se unieron a la iniciativa de construir el primer telescopio de neutrino submarino, ANTARES, que empezó a tomar datos a mediados de los años 2000. El profesor de investigación del CSIC en el IFIC Juan José Hernández Rey, que fue portavoz adjunto de ANTARES durante su construcción y primera operación, afirma: “En aquella época aún estaba por demostrar la viabilidad técnica de instalar en el fondo del mar un instrumento semejante. El único intento precedente, un proyecto estadounidense, acabó siendo cancelado”, explica en un comunicado del CSIC. ANTARES, que operó durante 16 años y fue desmantelado recientemente, marcó el camino a seguir.