En febrero de 2023, el telescopio submarino KM3NeT, anclado a tres kilómetros de profundidad frente a las costas de Sicilia, registró un destello. Un único muón atravesó el detector, dejando una estela de energía de 220 petaelectronvoltios. Es como si un mosquito en pleno vuelo hubiera atravesado una pared de hormigón. La fuente fue un neutrino, una partícula fantasma que apenas interactúa con la materia. Pero la energía de este 'fantasma' resultó tan enorme que dejó perplejos a los astrofísicos.
Normalmente, los neutrinos de estas energías nacen en agujeros negros o en explosiones de supernovas. Sin embargo, los cálculos muestran que los 'aceleradores' cósmicos conocidos no son capaces de acelerar una partícula hasta 220 PeV. Y si lo fueran, otros observatorios, como IceCube, ya habrían detectado un flujo de tales eventos. Pero ese flujo no se ve. Los autores del trabajo proponen otra explicación: el neutrino no proviene de una fuente astrofísica, sino de la desintegración de una partícula superpesada, una 'reliquia' de los primeros instantes tras el Big Bang. Esa partícula, denominada X, tiene una masa de unos 4,4 × 10⁸ GeV, 400 millones de veces más pesada que el protón.
El mecanismo es elegante: la partícula X se desintegra en un par neutrino-antineutrino, y uno de ellos llega hasta la Tierra. Para que esta desintegración no perturbe las observaciones astronómicas de rayos gamma, el tiempo de vida de X debe ser colosal, del orden de 10²⁹–10³⁰ segundos. Esto es miles de millones de veces la edad del Universo. Si comprimiéramos la edad del Universo a un segundo, X viviría más que ese segundo. En el modelo, la partícula X se comporta como un estado ligado de dos partículas pesadas, similar al positronio, pero mil millones de veces más pesado. Sus propiedades encajan naturalmente en los esquemas de la Gran Unificación, la teoría que unifica las interacciones fuerte, débil y electromagnética en una sola fuerza a energías de unos 10¹⁴–10¹⁶ GeV.
Este enfoque no solo explica la misteriosa señal, sino que también la relaciona con la masa del neutrino. Dependiendo de si el neutrino es una partícula de Dirac o de Majorana (es decir, si coincide con su antipartícula), el modelo predice diferentes escenarios. En un caso se requiere un tipo de interacción, en otro otro, y esto puede comprobarse en futuros experimentos. Si la hipótesis es correcta, habremos tocado por primera vez la física de escalas que están para siempre fuera del alcance de los aceleradores terrestres. Un solo neutrino, atrapado en el espesor del agua, podría ser la clave para entender cómo está hecha la materia en su nivel más profundo.
La energía de 220 PeV equivale aproximadamente a la energía cinética de un mosquito en vuelo, pero en el mosquito está distribuida entre billones de átomos, mientras que aquí está concentrada en una sola partícula más pequeña que un núcleo atómico.
En la novela 'Contacto' de Carl Sagan, una señal superpoderosa del espacio resulta ser el plano de una máquina; aquí, un neutrino solitario podría ser el 'plano' de la física de la Gran Unificación.