El equipo del telescopio de neutrinos TRIDENT de China supera una prueba clave en aguas profundas

Un hito en aguas profundas abre una nueva ventana al universo

Científicos chinos completaron con éxito pruebas marítimas decisivas del Telescopio de Neutrinos de Aguas Profundas Tropicales (TRIDENT), un avance importante en la construcción de lo que será el mayor observatorio submarino del mundo, diseñado para detectar las esquivas partículas subatómicas procedentes del espacio profundo. La Universidad Jiao Tong de Shanghái anunció el domingo que los instrumentos de precisión y los equipos de ingeniería demostraron su plena capacidad operativa a 3.500 metros de profundidad en el mar de China Meridional, lo que valida años de intensa investigación y desarrollo.

Las pruebas, que acaban de concluir, validaron el sistema de despliegue de instrumentos de precisión submarinos con liberación elástica (SPIDER), un mecanismo sofisticado diseñado para colocar equipos de detección delicados en el fondo marino con extrema precisión. Durante las pruebas, SPIDER completó una prueba de aterrizaje en el lecho marino a la profundidad prevista de 3.500 metros y realizó pruebas de movimiento coordinado con una embarcación de posicionamiento dinámico. Así, confirmó tanto su resistencia a los impactos como su capacidad de posicionamiento preciso en aguas profundas, características esenciales para el ambicioso proyecto de construcción que se avecina.

Además del sistema de despliegue, los investigadores recuperaron con éxito los fondeos para el estudio del entorno de neutrinos, instalados inicialmente en abril de 2025. Estos instrumentos proporcionaron datos meteorológicos, oceanográficos e hidrológicos de un ciclo completo, además de registrar el funcionamiento de los equipos en condiciones de presión extrema. Tras meses bajo el agua, los sensores mostraron una acumulación mínima de organismos marinos y proporcionaron datos continuos que servirán para elegir la ubicación definitiva del enorme conjunto de telescopios y garantizar que el lugar seleccionado mantenga condiciones estables durante todo el año.

Durante la expedición, el equipo del proyecto también realizó muestreos in situ y experimentos de filtración de grandes volúmenes para recopilar datos exhaustivos sobre la biodiversidad del ecosistema de la llanura abisal. Estos resultados servirán como referencia para distinguir las señales reales de neutrinos de posibles interferencias biológicas u otros ruidos de fondo en las profundidades marinas. También contribuirán a ampliar los conocimientos de las ciencias marinas sobre estas profundidades, poco exploradas.

El éxito de las pruebas supone más que una validación de ingeniería: confirma que China cuenta con la capacidad tecnológica para construir y mantener una infraestructura científica sofisticada en uno de los entornos más difíciles del planeta. La llanura abisal, a 3.500 metros de profundidad, está sometida a presiones aplastantes, oscuridad total y temperaturas cercanas al punto de congelación. En esas condiciones, los equipos convencionales quedarían destruidos en cuestión de horas.

En busca de partículas fantasma en aguas oscuras

TRIDENT, conocido en chino como Hailing o Campana del Océano, es un audaz intento de captar neutrinos, partículas subatómicas tan esquivas que los científicos las apodan «partículas fantasma». Tienen una masa casi nula y carecen de carga eléctrica, lo que les permite atravesar la materia sólida, incluidos planetas enteros, sin interactuar con ella. Cada segundo, unos 100.000 millones de neutrinos atraviesan cada centímetro cuadrado del cuerpo humano, pero no dejan rastro.

Esta cualidad fantasmal hace que los neutrinos sean extraordinariamente difíciles de detectar, pero también los convierte en mensajeros cósmicos de gran valor. Como viajan en línea recta y los campos magnéticos no los desvían, señalan directamente hacia sus fuentes y podrían revelar el origen de los rayos cósmicos y los fenómenos astrofísicos violentos que los producen. Entre estas fuentes figuran las explosiones de supernovas, las galaxias en colisión y los chorros de los núcleos galácticos activos.

Cuando los neutrinos de alta energía chocan ocasionalmente con moléculas de agua, producen partículas secundarias llamadas muones, que emiten destellos tenues de luz azul conocidos como radiación de Cherenkov. TRIDENT detectará esos destellos fugaces mediante miles de sensores ópticos ultrasensibles suspendidos en un enorme volumen de agua oceánica profunda.

Ingeniería de precisión a profundidades extremas

Las recientes pruebas marítimas se centraron en validar varias tecnologías clave para la construcción de la Fase I. El sistema SPIDER fue un éxito destacado: pasó por ocho iteraciones de diseño antes de alcanzar los resultados actuales. Durante las pruebas, el dispositivo descendió hasta unos 1.700 metros, desplegó una línea de 700 metros compuesta por 20 sensores y cuatro bloques de flotación, mantuvo su posición durante diez minutos y giró lentamente para simular las condiciones operativas.

Los ingenieros también probaron el prototipo del módulo óptico digital híbrido (hDOM), la unidad central de detección del telescopio. Este sensor avanzado captó señales sutiles de neutrinos y alcanzó una precisión de un solo fotón en condiciones de luz extremadamente débil, demostrando la sensibilidad necesaria para detectar las interacciones de las partículas fantasma.

Además, el equipo del proyecto completó varias pruebas de acoplamiento bajo el agua con cinco sistemas nacionales del conector húmedo para aguas profundas. Estos dispositivos conectarán las boyas subsuperficiales con cajas de conexión en el lecho marino y formarán enlaces esenciales para la infraestructura de datos y energía del observatorio. Durante la expedición también se verificaron los sistemas de posicionamiento acústico submarino.

Innovador diseño de sensores híbridos

Las unidades hDOM representan un avance tecnológico importante frente a telescopios de neutrinos anteriores. Cada módulo combina tubos fotomultiplicadores (PMT) tradicionales con modernos fotomultiplicadores de silicio (SiPM), creando un sistema de detección híbrido que maximiza la captación de luz y alcanza una resolución temporal de decenas de picosegundos. Los SiPM ocupan los espacios entre los PMT, aumentan la cobertura del fotocátodo y permiten activar la detección por coincidencia, lo que mejora la discriminación de señales.

Este enfoque híbrido permite a TRIDENT medir con precisión los tiempos de llegada de los fotones de Cherenkov que no se han dispersado, lo que mejora directamente la resolución angular de las trayectorias de las partículas detectadas. Los científicos esperan alcanzar una precisión de apuntado de unos 0,1 grados en eventos de alta energía, lo que ayudará a distinguir fuentes astrofísicas individuales del fondo de neutrinos cósmicos difusos.

Diseño del mayor observatorio submarino del mundo

Cuando esté plenamente construido, a principios de la década de 2030, TRIDENT superará ampliamente a todos los observatorios de neutrinos existentes. El conjunto completo constará de 1.211 líneas verticales, cada una de 700 metros de altura y equipada con 20 módulos ópticos híbridos separados por 30 metros. Las líneas cubrirán profundidades de entre 2.800 y 3.400 metros bajo el nivel del mar, y crearán un volumen instrumentado de unos 7,5 kilómetros cúbicos.

Las líneas seguirán un patrón de distribución basado en el teselado de Penrose y la proporción áurea, con distancias entre ellas que alternarán entre 70 y 110 metros. Los investigadores eligieron esta geometría irregular en lugar de una cuadrícula regular porque las simulaciones indican que amplía el rango de energías de neutrinos que se pueden detectar y reduce los efectos de borde que pueden comprometer la calidad de los datos. El diseño también incorpora rutas en espiral entre los grupos de líneas para que los robots submarinos puedan acceder a los componentes interiores y realizar tareas de mantenimiento, sin crear grandes zonas vacías donde podrían pasar inadvertidas las interacciones de neutrinos.

Esta enorme escala ofrece una ventaja considerable frente al actual poseedor del récord, IceCube, que vigila aproximadamente un kilómetro cúbico de hielo antártico. El mayor volumen permitirá a TRIDENT captar muchas más interacciones de neutrinos. Los investigadores prevén detectar ciertas fuentes estables, como la galaxia Seyfert NGC 1068, en solo un año de funcionamiento y con una significación estadística de cinco sigma.

La ventaja ecuatorial en la astronomía de neutrinos

La ubicación de TRIDENT en el océano Pacífico occidental, cerca del ecuador, ofrece ventajas científicas únicas que no están al alcance de los observatorios polares o de latitudes medias. Xu Donglian, científica jefa del telescopio e investigadora del Instituto Tsung-Dao Lee de la Universidad Jiao Tong de Shanghái, explicó la innovadora estrategia de observación del proyecto.

«Al utilizar la Tierra como escudo, TRIDENT detectará neutrinos que la atraviesan desde el lado opuesto del planeta. Como TRIDENT está cerca del ecuador, podrá recibir neutrinos procedentes de todas las direcciones gracias a la rotación de la Tierra, lo que permitirá observar el cielo completo sin ningún punto ciego».

Esta configuración, orientada hacia abajo, filtra la radiación de fondo de los muones atmosféricos, que no pueden atravesar el planeta entero. Solo los neutrinos de alta energía pueden cruzar la Tierra desde el lado opuesto, lo que crea un entorno de señales limpias para detectar fuentes astrofísicas. Como el detector está cerca del ecuador, la rotación de la Tierra desplaza continuamente su campo de visión por todo el cielo y elimina los puntos ciegos que afectan a los detectores polares.

Los estudios para seleccionar el emplazamiento, realizados en 2021, confirmaron que la llanura abisal elegida ofrece condiciones óptimas. A 3.500 metros de profundidad, las corrientes de agua son lentas: miden menos de 10 centímetros por segundo. El agua de mar tiene una excelente claridad óptica, con longitudes de absorción de unos 27 metros y de dispersión de 63 metros, lo que permite que los fotones de Cherenkov recorran distancias considerables entre los puntos de interacción y los sensores.

Desentrañar los misterios cósmicos y la física fundamental

Las ambiciones científicas de TRIDENT van mucho más allá de contar partículas fantasma. El presidente del proyecto, Jing Yipeng, expuso el alcance de la investigación en una reciente rueda de prensa. Señaló que el telescopio ayudará a poner a prueba las simetrías del espacio-tiempo, buscar indicios de gravedad cuántica y realizar búsquedas indirectas de materia oscura.

La misión principal sigue siendo resolver el enigma centenario del origen de los rayos cósmicos. Aunque los científicos saben desde 1912 que partículas de alta energía bombardean constantemente la Tierra desde el espacio, todavía no están claros los mecanismos exactos ni los lugares que aceleran esas partículas hasta energías extremas. Los neutrinos son la pieza clave que falta: se producen cuando los rayos cósmicos interactúan con materia o radiación cerca de sus lugares de origen.

Al detectar neutrinos procedentes de objetos astronómicos concretos, TRIDENT identificará las fuentes de rayos cósmicos distribuidas por el universo. El observatorio también medirá las proporciones de los distintos tipos de neutrinos y estudiará cómo los neutrinos electrónicos, muónicos y tauónicos se transforman unos en otros durante sus viajes a través de distancias astronómicas. Estas mediciones de oscilación podrían revelar fenómenos físicos que van más allá del modelo estándar y aportar información sobre los efectos de la gravedad cuántica.

Además, el telescopio buscará la resonancia de Glashow, una señal de energía específica que se produce cuando los antineutrinos electrónicos interactúan con electrones atómicos y generan una señal distintiva, identificable frente a otras interacciones de neutrinos. Detectar estos eventos poco frecuentes permitiría establecer límites importantes para los modelos astrofísicos y la física de partículas fundamentales.

Calendario de construcción y contexto internacional

El proyecto seguirá una estrategia de implementación por fases. En la Fase I se desplegarán diez líneas de detección de neutrinos para formar un conjunto compacto que servirá como demostración tecnológica y está previsto para alrededor de 2026. Si la fase piloto tiene éxito, comenzará la construcción del conjunto completo de 1.211 líneas. Se espera que el observatorio entre plenamente en funcionamiento a principios de la década de 2030.

En la ciudad portuaria de Sanya se construirá una planta de fabricación específica para producir en serie los módulos ópticos híbridos y los sistemas de líneas. Desde allí, los componentes terminados podrán transportarse fácilmente al lugar de instalación, situado a unos 540 kilómetros al sur de Hong Kong.

TRIDENT se suma a una red mundial de observatorios de neutrinos en expansión. El Baikal GVD de Rusia funciona actualmente en el lago Baikal, mientras que el proyecto KM3NeT está en construcción en el mar Mediterráneo. El observatorio IceCube sigue operando en la Antártida, en el polo sur, y el proyecto propuesto Experimento de Neutrinos del Océano Pacífico (P ONE) podría instalarse en el Pacífico oriental. Cada lugar ofrece ventajas distintas. La posición ecuatorial de TRIDENT proporcionará una cobertura del cielo complementaria a la de los detectores de los hemisferios norte y sur.

Más de una docena de universidades e institutos de investigación chinos participan en el proyecto, entre ellos el Instituto de Física de Altas Energías de Pekín, la Universidad Oceánica de China y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. Este enfoque colaborativo reúne conocimientos especializados en física de partículas, astronomía, ingeniería oceánica y biología marina para afrontar los retos multidisciplinarios de construir un laboratorio de física de partículas en las profundidades del océano.

Puntos clave

• Científicos chinos probaron con éxito equipos del telescopio de neutrinos TRIDENT a 3.500 metros de profundidad en el mar de China Meridional y validaron el sistema de despliegue SPIDER y los sensores ópticos híbridos
• El sistema SPIDER completó pruebas de aterrizaje en el lecho marino y de movimiento coordinado con una embarcación, mientras que el módulo óptico digital híbrido alcanzó una precisión de detección de un solo fotón
• Cuando esté terminado, a principios de la década de 2030, TRIDENT abarcará 7,5 kilómetros cúbicos y contará con 1.211 líneas de sensores, lo que lo convertirá en el mayor observatorio de neutrinos del mundo
• La ubicación ecuatorial permitirá al telescopio utilizar la Tierra como escudo y observar el cielo completo sin puntos ciegos mientras el planeta gira
• Los científicos esperan identificar fuentes concretas de neutrinos cósmicos durante el primer año de funcionamiento pleno y avanzar en la investigación sobre el origen de los rayos cósmicos, la gravedad cuántica y la materia oscura
• Está previsto desplegar alrededor de 2026 un conjunto piloto de diez líneas y construir instalaciones de fabricación en Sanya