A más de 2.000 metros bajo la superficie del mar Mediterráneo, una gigantesca instalación científica está investigando una de las preguntas más importantes de la física moderna: ¿son las leyes del universo exactamente iguales en todas las direcciones?
Para intentar responderla, investigadores de la colaboración internacional KM3NeT analizaron miles de neutrinos detectados por un telescopio submarino instalado frente a las costas de Francia.
El objetivo era buscar posibles desviaciones de la invariancia de Lorentz, un principio fundamental que forma parte de las bases de la relatividad de Albert Einstein y del modelo estándar de la física de partículas.
Los resultados, presentados en una investigación destinada a la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, no encontraron evidencias de que este principio se incumpla.
Sin embargo, permitieron establecer nuevas restricciones experimentales sobre teorías que proponen modificaciones de las leyes físicas a escalas extremadamente pequeñas.
Por qué los científicos están buscando fallas en la teoría de Einstein
La física moderna se sostiene sobre dos grandes teorías: la relatividad general, que describe la gravedad y el espacio-tiempo, y la mecánica cuántica, que explica el comportamiento de las partículas subatómicas.
Aunque ambas funcionan extraordinariamente bien, todavía no existe una teoría completa que consiga unificarlas.
Algunas hipótesis de gravedad cuántica proponen que el espacio-tiempo podría tener una estructura microscópica desconocida, en lugar de comportarse como un continuo perfecto.
Si estas ideas fueran correctas, determinados fenómenos podrían producir desviaciones extremadamente pequeñas respecto de las predicciones actuales.
Una manera de investigar esta posibilidad consiste en estudiar los neutrinos, partículas diminutas que atraviesan enormes cantidades de materia sin interactuar con ella.
Más de 5.800 neutrinos analizados bajo el Mediterráneo
El experimento utilizó información recopilada durante aproximadamente 1,4 años por KM3NeT/ORCA, un detector situado a unos 2.450 metros de profundidad frente a la costa de Tolón, Francia.
Los investigadores trabajaron con una muestra de 5.828 candidatos a neutrinos atmosféricos, detectados mediante las primeras seis unidades operativas del instrumento.
Los neutrinos tienen una característica extraordinaria: pueden transformarse entre tres tipos diferentes, conocidos como sabores electrónico, muónico y tauónico.
Este proceso, denominado oscilación de neutrinos, depende de propiedades físicas que pueden calcularse mediante modelos teóricos.
Si existieran determinadas violaciones de la invariancia de Lorentz, podrían aparecer alteraciones en el comportamiento de esas oscilaciones.
Al comparar las observaciones con las predicciones, los científicos no identificaron señales concluyentes de una nueva física.
Un telescopio submarino que compite con grandes observatorios
Uno de los aspectos más sorprendentes del resultado es que se obtuvo utilizando apenas una pequeña parte de la infraestructura prevista para KM3NeT.
A pesar de ello, las restricciones alcanzadas resultan competitivas con las obtenidas mediante experimentos consolidados como IceCube, en la Antártida, y Super-Kamiokande, en Japón.
El proyecto también incluye el detector ARCA, situado a unos 3.500 metros de profundidad cerca de Sicilia, diseñado para estudiar neutrinos de energías mucho mayores procedentes del espacio.
El próximo paso podría revelar una física desconocida
Los investigadores esperan que la expansión de KM3NeT permita analizar muestras más numerosas y detectar posibles efectos todavía más sutiles.
Los neutrinos procedentes de fuentes cósmicas lejanas resultan especialmente interesantes porque recorren distancias inmensas antes de alcanzar la Tierra.
Durante estos viajes, incluso pequeñas desviaciones respecto de las leyes conocidas podrían acumularse y hacerse detectables.
Por ahora, los resultados continúan siendo compatibles con la invariancia de Lorentz.
Pero el experimento demuestra que las profundidades del océano pueden convertirse en un laboratorio excepcional para investigar la estructura del espacio-tiempo y buscar respuestas a los grandes misterios del universo.
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