En busca de la gravedad cuántica en el fondo del Mediterráneo

   MADRID, 20 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Datos de un observatorio de neutrinos sumergido en el Mediterráeno han permitido establecer nuevos límites a la gravedad cuántica, el eslabón perdido entre la relatividad general y la mecánica cuántica.

   Encontrar la clave para una teoría unificada capaz de explicar tanto lo infinitamente grande como lo infinitamente pequeño puede estar en el neutrino, una partícula cósmica elemental sin carga eléctrica y casi invisible, ya que rara vez interactúa con la materia, atravesando todo nuestro planeta sin consecuencias.

   Por esta misma razón, los neutrinos son difíciles de detectar. Sin embargo, en raras ocasiones, un neutrino puede interactuar, por ejemplo, con moléculas de agua en el fondo del mar. Las partículas emitidas en esta interacción producen un "brillo azul" conocido como radiación de Cerenkov, detectable por instrumentos como el KM3NeT.

FÍSICA DE PARTIÍCULAS A CASI 2.500 METROS DE PROFUNDIDAD

   El KM3NeT (Telescopio de Neutrinos de Cubo Kilométrico) es un observatorio submarino diseñado para detectar neutrinos a través de sus interacciones en el agua. Se divide en dos detectores, uno de los cuales, ORCA (Investigación de Oscilaciones con Cósmicos en el Abismo), se utilizó para esta investigación. Se encuentra frente a la costa de Toulon, Francia, a una profundidad aproximada de 2.450 metros.

   Sin embargo, la simple observación de neutrinos no basta para extraer conclusiones sobre las propiedades de la gravedad cuántica; también se deben buscar indicios de "decoherencia".

   A medida que viajan por el espacio, los neutrinos pueden "oscilar", es decir, cambiar de identidad, un fenómeno que los científicos denominan oscilaciones de sabor. La coherencia es una propiedad fundamental de estas oscilaciones: un neutrino no tiene una masa definida, sino que existe como una superposición cuántica de tres estados de masa diferentes. La coherencia mantiene esta superposición bien definida, lo que permite que las oscilaciones ocurran de forma regular y predecible. Sin embargo, los efectos de la gravedad cuántica podrían atenuar o incluso suprimir estas oscilaciones, un fenómeno conocido como "decoherencia".

   "Existen varias teorías de la gravedad cuántica que, de alguna manera, predicen este efecto, ya que afirman que el neutrino no es un sistema aislado. Puede interactuar con el entorno", explica Nadja Lessing, física del Instituto de Física Corpuscular de la Universidad de Valencia y autora correspondiente de este estudio, que incluye contribuciones de cientos de investigadores de todo el mundo.

   "Desde un punto de vista experimental, sabemos que la señal de esto sería la supresión de las oscilaciones del neutrino". Esto ocurriría porque, durante su viaje hacia nosotros -o más precisamente, hacia los sensores KM3NeT en el fondo del Mediterráneo-, el neutrino podría interactuar con el entorno de una manera que altere o suprima sus oscilaciones.

SIGNOS DE DECOHERENCIA

   Sin embargo, en el estudio de Lessing y sus colegas, publicado en arXiv y aceptado en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, los neutrinos analizados por el detector submarino KM3NeT/ORCA no mostraron signos de decoherencia, un resultado que proporciona información valiosa.

   "Esto", explica Nadja Lessing, "significa que si la gravedad cuántica altera las oscilaciones de neutrinos, lo hace con una intensidad inferior a los límites de sensibilidad actuales". El estudio ha establecido límites superiores para la intensidad de este efecto, que ahora son más estrictos que los establecidos por experimentos previos con neutrinos atmosféricos. También proporciona indicios para futuras líneas de investigación.

   "Encontrar la decoherencia de neutrinos sería un gran logro", afirma Lessing. Hasta el momento, no se ha observado evidencia directa de la gravedad cuántica, razón por la cual los experimentos con neutrinos están atrayendo cada vez más atención. "Ha habido un creciente interés en este tema. Quienes investigan la gravedad cuántica están muy interesados en esto porque probablemente no se pueda explicar la decoherencia con otra cosa".