How big is Neutrino de alta energía?

Un neutrino de alta energía es un neutrino que lleva una cantidad muy grande de energía, como los que llegan a la Tierra desde el espacio profundo. Los neutrinos son partículas elementales sin carga eléctrica y casi sin masa. Ningún experimento ha medido el tamaño de un neutrino, así que la cifra que se muestra no es una medición.

Tamaño

El tamaño que aparece arriba es de 15 zeptómetros, es decir, 1.5 × 10⁻²⁰ metros. Un zeptómetro es 10⁻²¹ metros, una milésima de milmillonésima de milmillonésima de metro. La notación 10⁻²¹ significa 1 dividido entre un 1 seguido de 21 ceros. El explorador no indica qué energía tiene su neutrino de alta energía, y ningún experimento ha medido el tamaño de un neutrino, tenga la energía que tenga.

En el caso de los quarks, los experimentos han fijado al menos un límite superior para su tamaño. En el de los neutrinos, los físicos ni siquiera se han puesto de acuerdo en cómo debería definirse su tamaño. El Particle Data Group, que reúne las mediciones de partículas de todo el mundo, recoge límites para una magnitud llamada radio de carga del neutrino. También advierte que el significado de esa magnitud todavía es objeto de debate.

Lo que sí se conoce bien es lo raro que es que un neutrino interactúe con algo. Un neutrino solo siente dos de las cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza débil y la gravedad. Como no tiene carga eléctrica, las fuerzas eléctricas y magnéticas no lo empujan ni lo atraen, y tampoco siente la fuerza fuerte que mantiene unidos a los quarks.

Comparaciones de tamaño

Aparte de la gravedad, un neutrino solo puede influir en otra partícula a través de la fuerza débil, que tiene un alcance de unos 10⁻¹⁸ metros. Eso es menos de una milésima del ancho de un protón, que mide unos 1.7 femtómetros (1.7 × 10⁻¹⁵ metros) de diámetro.
La mayoría de los neutrinos atraviesan la Tierra entera, que mide 12,742 kilómetros de diámetro, sin que nada los detenga.
La probabilidad de chocar con algo aumenta con la energía. Un neutrino con una energía de 40 TeV (40 billones de electronvoltios; el electronvoltio es una unidad de energía diminuta) recorre en promedio más o menos el ancho de la Tierra antes de que la Tierra lo detenga.
Para atrapar los pocos neutrinos que sí interactúan, el detector IceCube, en el Polo Sur, vigila un kilómetro cúbico de hielo con 5,160 sensores de luz suspendidos entre los 1,450 y los 2,450 metros bajo la superficie.

Neutrinos del espacio

Entre mayo de 2010 y mayo de 2012, IceCube registró 28 eventos de alta energía, muchos más que los aproximadamente 11 que se esperaban de partículas producidas en la atmósfera de la Tierra. Los dos más energéticos llevaban cerca de 1 PeV cada uno, es decir, 1,000 TeV. En 2013, el equipo de IceCube los presentó como evidencia de que llegan neutrinos de alta energía desde el espacio.

El 13 de febrero de 2023, el detector ARCA del telescopio KM3NeT, a 3,450 metros de profundidad en el mar Mediterráneo, frente a Sicilia, registró un neutrino con una energía estimada de unos 220 PeV. Hasta 2026, es el neutrino más energético jamás observado. Esa sola partícula llevaba aproximadamente tanta energía como una pelota de tenis que se deja caer desde una altura de 6 centímetros.

La comunidad científica cree que estos neutrinos vienen de los lugares más violentos del universo, como los alrededores de los agujeros negros supermasivos y las estrellas que explotan. Allí, unas partículas llamadas rayos cósmicos se aceleran hasta energías enormes y pueden producir neutrinos.

Cómo se atrapan los neutrinos

Los neutrinos son la segunda partícula más común del universo, después de los fotones, las partículas de la luz. Sin embargo, interactúan tan rara vez que, en palabras del libro de texto Astronomy de OpenStax, “la Tierra es más transparente para un neutrino que la lámina de vidrio más delgada y limpia para un fotón de luz”. Para atraparlos se necesitan detectores enormes.

IceCube y KM3NeT vigilan volúmenes enormes de hielo o de agua de mar. Cuando un neutrino llega a chocar con algo, produce partículas con carga eléctrica que emiten un brillo azulado llamado luz de Cherenkov. Los sensores registran ese brillo, y a partir de él los equipos científicos calculan la dirección y la energía del neutrino.