Un neutrino de energía extrema que atravesó el Mediterráneo abre una inesperada puerta a la hipótesis de una quinta dimensión

El neutrino más energético detectado hasta ahora, registrado por el observatorio submarino KM3NeT en el Mediterráneo, ha llevado a tres físicos a explorar una posibilidad extraordinaria: que su origen pueda estar relacionado con la evaporación de agujeros negros primordiales capaces de comportarse como objetos de cinco dimensiones. La hipótesis es teórica y, por el momento, no demuestra la existencia de esa dimensión adicional.

Un neutrino detectado a gran profundidad bajo las aguas del Mediterráneo se ha convertido en una de las partículas más desconcertantes observadas hasta ahora y en el punto de partida de una nueva hipótesis sobre la propia estructura del universo.

El evento ocurrió el 13 de febrero de 2023, cuando el detector ARCA del observatorio de neutrinos KM3NeT registró una partícula extraordinariamente energética. El paso del neutrino produjo una señal que permitió a los investigadores reconstruir el fenómeno y estimar una energía central de alrededor de 220 petaelectronvoltios (PeV).

El evento, denominado KM3-230213A, se convirtió así en el neutrino de mayor energía observado hasta la fecha.

Su procedencia continúa siendo objeto de investigación. Entre las posibilidades se encuentran algunos de los aceleradores naturales más extremos del cosmos o la interacción de rayos cósmicos de energía ultraalta durante sus enormes recorridos por el universo.

Sin embargo, los físicos Luis Anchordoqui, Alek Bedroya y Dieter Lüst han estudiado una explicación mucho más especulativa: que el neutrino pueda estar relacionado con agujeros negros primordiales y una dimensión espacial adicional.

Agujeros negros que podrían revelar una dimensión oculta

El trabajo analiza el denominado Dark Dimension Scenario, un modelo en el que existiría una dimensión espacial adicional compactada a escalas extremadamente pequeñas. Las partículas y fuerzas conocidas permanecerían fundamentalmente en las dimensiones que percibimos, mientras que la gravedad podría extenderse también por esa dirección adicional.

Dentro de este escenario, determinados agujeros negros suficientemente pequeños podrían comportarse como objetos de cinco dimensiones, contando cuatro dimensiones espaciales y el tiempo.

Los investigadores estudian especialmente los agujeros negros primordiales, objetos hipotéticos que, a diferencia de los agujeros negros producidos por el colapso de estrellas, podrían haberse formado durante las primeras etapas del universo debido a concentraciones extraordinarias de materia y energía.

El estudio considera diferentes mecanismos para su posible formación, entre ellos procesos relacionados con la inflación cósmica, transiciones de fase y las denominadas cuerdas cósmicas.

La clave está en su evaporación. Según la teoría de Stephen Hawking, los agujeros negros pueden perder progresivamente masa mediante la conocida radiación de Hawking. En determinadas condiciones planteadas por el modelo estudiado, un agujero negro de cinco dimensiones podría ser más frío y evaporarse más lentamente que uno convencional con una masa equivalente.

Esto permitiría que algunos agujeros negros primordiales formados en los primeros instantes del cosmos hubieran sobrevivido durante aproximadamente los 13.800 millones de años de historia del universo y que algunos pudieran encontrarse actualmente en las últimas etapas de su evaporación.

Los autores exploran si ese proceso final podría generar partículas con energías extraordinariamente elevadas como la registrada por KM3NeT. Además, señalan que la energía del neutrino presenta una proximidad sugerente con una escala energética característica que aparece en el modelo de cinco dimensiones.

Sin embargo, esa coincidencia no constituye una prueba de que el neutrino proceda de un agujero negro primordial ni de que exista una quinta dimensión.

La detección realizada por KM3NeT es real y supone un registro excepcional, pero su origen permanece abierto. Las explicaciones astrofísicas convencionales y la posibilidad de que se trate de un neutrino cosmógeno siguen figurando entre las principales hipótesis.

Tampoco se ha confirmado hasta ahora la existencia de agujeros negros primordiales, cuerdas cósmicas o de la dimensión adicional planteada por este modelo.

El interés del nuevo estudio reside precisamente en utilizar un fenómeno observado —un neutrino de energía extrema— para comprobar hasta dónde pueden llegar diferentes modelos de física fundamental. Futuras detecciones de KM3NeT y otros observatorios serán necesarias para determinar si aquel extraordinario evento fue producto de fenómenos astrofísicos conocidos o si esconde información sobre una física todavía desconocida.