Científicos están utilizando detectores de neutrinos en las profundidades del mar Mediterráneo para examinar uno de los pilares de la teoría de la relatividad de Einstein: la invarianza de Lorentz. Este principio establece que las leyes de la física son universales. Los experimentos buscan detectar posibles desviaciones en el comportamiento de los neutrinos que podrían refutar esta teoría, aunque los resultados iniciales respaldan la visión de Einstein.
La ciencia ha dedicado muchos años al estudio de la teoría de la relatividad de Einstein, evaluando la solidez de sus fundamentos. Ocasionalmente, algunos de estos principios son cuestionados, mientras que otros se fortalecen con nuevos descubrimientos. Uno de los conceptos aún bajo escrutinio es la invarianza de Lorentz, que, en esencia, postula que las leyes físicas son idénticas en cualquier dirección del universo. Algunos científicos especulan que este principio podría no ser válido en escalas extremas, lo que implicaría un error en la teoría de Einstein. La posibilidad de refutar al genio motiva a ciertos investigadores a buscar pruebas. Diversas técnicas se proponen como válidas para este fin, pero las que se basan en la detección de neutrinos son de las más prometedoras. Por esta razón, un equipo de científicos ha llevado a cabo experimentos con estas partículas en las profundidades del mar Mediterráneo.
El detector de neutrinos KM3NeT/ORCA, situado a 2.450 metros de profundidad frente a las costas de Tolón, Francia, ha sido crucial en esta investigación. En un estudio reciente, los científicos del proyecto reportaron la detección de 5.828 neutrinos atmosféricos, cuyas características no muestran evidencia de una ruptura de la invarianza de Lorentz. Por el momento, la teoría de Einstein se mantiene intacta, aunque estos resultados corresponden solo a la fase inicial de sus experimentos.
Los neutrinos son partículas extremadamente ligeras sin carga que interactúan principalmente mediante la fuerza débil, lo que les permite viajar por el cosmos con mínimas interacciones con la materia. Esto los convierte en herramientas valiosas para mapear el universo, ya que al rastrear su trayectoria se puede determinar su origen. Sería inusual que algo los desviara. Existen tres tipos, o sabores, de neutrinos: electrónicos, muónicos y tauónicos, clasificados según la partícula con la que se asocian. Se sabe que durante su recorrido cósmico pueden cambiar de sabor en un fenómeno conocido como oscilación. Las leyes de la física dictan con precisión cuándo ocurren estos cambios, lo que los hace útiles para estudiar la invarianza de Lorentz. Si los resultados observados coinciden consistentemente con las predicciones, sin importar la dirección de la medición, se confirma la validez de la ley. En caso contrario, podría ser necesario introducir correcciones bajo condiciones específicas.
Cada segundo, miles de millones de neutrinos atraviesan nuestro cuerpo sin que los percibamos. Son partículas muy difíciles de detectar. Sin embargo, se ha demostrado que el agua puede ser un eficaz detector de neutrinos. Si se utiliza un volumen de agua suficiente, es posible que los neutrinos interactúen con alguna partícula. Cuando esto sucede, liberan partículas cargadas que se mueven prácticamente en la misma dirección que el neutrino original. Estas partículas, a su vez, emiten una luz azul que, debido a la transparencia del agua, puede ser detectada con facilidad. Además, esta luz varía según el sabor del neutrino.
Los neutrinos atmosféricos se forman en una mezcla de sabores que la teoría puede predecir. Durante su trayectoria, los neutrinos muónicos cambian de sabor a ritmos conocidos. Por lo tanto, al detectar los tipos de neutrinos que finalmente llegan al mar después de recorrer una distancia específica, es posible verificar si todas las predicciones se cumplen.
La profundidad es un factor crítico. Los detectores se colocan a gran profundidad para minimizar la interferencia de otras partículas, como los muones generados por los rayos cósmicos. En las zonas más profundas, la detección de neutrinos se facilita al reducir las interferencias. También existen detectores en el hielo, como el renombrado IceCube, que recientemente le valió el Premio Nobel a uno de sus creadores. No obstante, en el estudio actual, se ha optado por el mar Mediterráneo, obteniendo resultados igualmente buenos, e incluso superiores. En esta investigación, se emplearon solo 1,4 años de datos de las primeras seis unidades de detección, y aun así, se logró una precisión comparable a la de experimentos consolidados como el IceCube en el Polo Sur o el Super-Kamiokande en Japón.
Además de ORCA, el proyecto KM3NeT incluye otro detector, llamado ARCA, situado a 3.500 metros de profundidad frente a las costas de Sicilia. Mientras que ORCA se especializa en neutrinos atmosféricos de baja energía, ARCA se enfoca en neutrinos de alta energía provenientes del espacio profundo. Los autores del estudio planean analizar las oscilaciones de neutrinos también en este segundo detector, ya que, al tener mayor energía, las posibles variaciones que podrían invalidar el principio de invarianza de Lorentz se acentuarían. Por ahora, Einstein sigue teniendo la razón en lo que respecta a este principio, pero aún quedan experimentos por realizar. No se puede dar nada por sentado.
