Un telescopio hundido en el Mediterráneo le hizo una nueva prueba a Einstein

No hace falta mirar al cielo para estudiar el universo. A 2.450 metros bajo la superficie del mar Mediterráneo, frente a la costa francesa de Tolón, una red de sensores lleva meses registrando el paso de partículas que atraviesan la Tierra entera casi sin tocar nada. Con esos datos, un equipo internacional acaba de ponerle una exigencia más a una de las ideas centrales de Albert Einstein: que las leyes de la física son las mismas sin importar hacia dónde se mire.

El instrumento se llama KM3NeT/ORCA y no es un telescopio en el sentido tradicional: en lugar de captar luz de las estrellas, detecta neutrinos, partículas subatómicas tan livianas y tan poco interactivas que pueden cruzar el planeta de punta a punta sin inmutarse. Para atraparlas hace falta justamente eso, agua y oscuridad: cuando un neutrino choca contra una molécula, genera un destello azulado —la llamada luz de Cherenkov— que los sensores del fondo marino registran y usan para reconstruir de dónde vino la partícula y con cuánta energía viajaba.

Durante casi un año y cuatro meses, la colaboración analizó 5.828 eventos candidatos a neutrinos atmosféricos, esos que se forman cuando los rayos cósmicos chocan contra la atmósfera terrestre. El trabajo, publicado en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, buscaba grietas en la llamada invariancia de Lorentz: el principio que dice que una misma regla de la naturaleza tiene que dar idéntico resultado sin importar la orientación desde la que se la mida.

¿Por qué molestarse en buscarle la hilacha a algo que ya se dio por probado hace más de un siglo? Porque ahí abajo, en esa pregunta aparentemente formal, se esconde uno de los debates más abiertos de la física actual: si el espacio-tiempo es una superficie continua y lisa, como lo describe la relatividad, o si en escalas imposibles de ver a simple vista está hecho de unidades mínimas, algo así como píxeles. Algunas teorías que intentan unir la gravedad con la mecánica cuántica predicen que, en esas condiciones extremas, la simetría podría fallar y las partículas comportarse distinto según su energía o su trayectoria.

Los neutrinos sirven de sonda porque durante su viaje cambian de identidad: existen en tres variantes —electrónica, muónica y tauónica— y una se puede transformar en otra a mitad de camino, en un proceso que se llama oscilación. El modelo estándar predice con precisión cuántas transformaciones de cada tipo deberían ocurrir, así que cualquier desvío entre lo esperado y lo observado sería una pista de que algo distinto está actuando.

No la hubo. El resultado coincidió con el modelo esperado y no apareció ninguna señal de que la invariancia de Lorentz se esté rompiendo, al menos dentro de lo que el experimento puede detectar por ahora. El equipo sí logró algo valioso aun sin una detección: fijó límites más estrictos que antes para varias de esas teorías alternativas, incluidos los primeros topes directos sobre posibles efectos en la transformación entre neutrinos muónicos y tauónicos.

Lo llamativo es la escala del logro. ORCA todavía está en construcción —sólo funcionan sus primeras seis unidades de detección— y ya igualó la precisión de instalaciones mucho más grandes y con más años de funcionamiento, como IceCube, en el Polo Sur, y Super-Kamiokande, en Japón. Alba Domi, coautora del trabajo e investigadora del Centro Erlangen para la Física de Astropartículas, que depende de la Universidad Friedrich-Alexander, resumió el objetivo de fondo del proyecto: "Todavía no sabemos si nuestro espacio-tiempo es continuo o si podría estar compuesto por unidades discretas muy pequeñas", dijo, según publicó Infobae.

El proyecto KM3NeT tiene un segundo detector, ARCA, hundido a unos 3.500 metros frente a Sicilia, pensado para captar partículas de muchísima más energía que llegan desde fuentes astrofísicas lejanas. Según las mismas teorías que el experimento busca poner a prueba, cualquier fractura en la simetría de Einstein debería notarse más cuanto mayor es la energía y más larga la distancia recorrida, así que ahí es donde el equipo pondrá la mirada en los próximos análisis. "ARCA podría estar especialmente capacitado para este tipo de investigaciones a medida que acumulemos una muestra mayor de neutrinos astrofísicos", sostuvo Domi.

El investigador doctoral Lukas Hennig, también del Centro Erlangen, remarcó que el valor de estos primeros resultados no está en haber encontrado una falla, sino en haber demostrado que el instrumento puede exigirle precisión a leyes centenarias incluso en una etapa temprana: "Estos resultados demuestran el potencial de KM3NeT/ORCA para poner a prueba principios fundamentales de la física, incluso utilizando un detector relativamente pequeño", afirmó.