IceCube es un instrumento fascinante. En sus diez años de funcionamiento, está produciendo resultados increíbles, más allá incluso de lo esperado. Aunque ya cumplió con creces su cometido con la detección de los primeros neutrinos ultraenergéticos y la identificación de su posible origen en 2017, ha seguido proporcionando información muy relevante sobre la propia física de los neutrinos, la materia oscura o, como en este caso, las teorías de gravedad cuántica. 

Las propuestas de gravedad cuántica se han mantenido generalmente en el ámbito de la física teórica, pero el nacimiento de la astronomía multimensajera (luz, neutrinos, rayos cósmicos y ondas gravitacionales) abre la posibilidad de utilizar estas partículas para testar algunas de sus predicciones. En particular, se prevén ligerísimas alteraciones en la propagación de estas partículas por el espacio que son amplificadas en las largas distancias que recorren hasta la Tierra, por lo que podrían ser observables. En ello se basan los numerosos test de violación de la invarianza Lorentz como el que publica el experimento IceCube. El estudio es muy minucioso, a pesar de haber tenido que utilizar algunas simplificaciones. Lo relevante es que los resultados de ahora empiezan a ser competitivos frente a otros experimentos y eso a pesar de contar con un número de neutrinos bastante reducido. Creo que este resultado hace si cabe más interesante la ampliación del telescopio que se va a construir en los próximos años y que seguro va a seguir dando muy buenos resultados.  

Hay que destacar también que este es uno de esos casos en ciencia de un resultado importante negativo. Es decir, no se ha observado ningún efecto de gravedad cuántica, pero eso limita cualquier propuesta teórica que prediga un efecto mayor de los límites que se han publicado, lo que permite empezar a restringir algunos modelos. 

En este trabajo, la colaboración IceCube realiza una búsqueda de efectos de gravedad cuántica en la señal de neutrinos astrofísicos observada por el detector instalado en el Polo Sur. En concreto, se analiza la posible violación de la simetría Lorentz –según la cual, las leyes de la física han de ser las mismas para dos observadores que se mueven a velocidad constante uno respecto del otro– que predicen este tipo de teorías.

Por el momento no existe ninguna evidencia de la existencia de este efecto, en parte, porque su magnitud sería muy pequeña en comparación con la sensibilidad de los experimentos actuales. En este sentido, los neutrinos astrofísicos constituyen una herramienta muy potente para este tipo de búsquedas ya que, por un lado, la violación de la invariancia Lorentz afectaría al fenómeno conocido de las oscilaciones de sabor de los neutrinos –por el cual un determinado tipo de neutrino, con un sabor, se convierte en otro tipo durante su propagación–, modificando la señal esperada en telescopios de neutrinos como IceCube. Por otro lado, sus altas energías y las largas distancias viajadas desde su producción hasta su detección en la Tierra amplificarían la magnitud de estos efectos de nueva física, acercándolos a la sensibilidad experimental actual.

Se trata de un estudio de alta calidad, respaldado por la solvencia de la colaboración internacional IceCube, pionera en el estudio de los neutrinos astrofísicos de alta energía. Es completamente consistente con resultados anteriores, que no habían detectado una evidencia de violación de invariancia Lorentz en ninguna de las señales de astropartículas estudiadas –fotones, rayos cósmicos, neutrinos, ondas gravitatorias–. En el caso de los neutrinos, el análisis actual mejora en varios órdenes de magnitud los límites obtenidos por la propia colaboración IceCube a partir de las observaciones de neutrinos atmosféricos en su trabajo de 2018 (ref. 15 del artículo). Esto se debe a las energías más altas de los neutrinos astrofísicos respecto de los atmosféricos, que hacen que el efecto esperado sea mucho mayor en el primer caso.

Como los propios autores explican, el trabajo presenta algunas limitaciones. La limitación principal consiste en que los efectos de violación de la invariancia Lorentz pueden ser de distintos tipos y, en general, pueden aparecer todos ellos de forma simultánea. Sin embargo, en este trabajo se asume la presencia de solo uno de estos efectos a la vez. Se trata de un procedimiento habitual en este tipo de estudios y su impacto no es muy importante en el resultado puesto que, por el momento, el foco está puesto en el descubrimiento de esta señal. Medidas futuras de precisión –en el caso de que sea confirmado el efecto– sí requerirían un análisis más detallado. En cualquier caso, hay que tener en cuenta estas limitaciones a la hora de analizar la viabilidad de modelos de gravedad cuántica.