Por Kenneth Chang /The New York Times
¿Cuántos tipos de neutrinos existen?
Dos artículos recientes en la revista Nature son los últimos en contar estas partículas fantasmales que inundan el universo, casi no tienen masa e interactúan de forma antisocial con el resto del universo. Se conocían tres tipos, pero algunos físicos creían que podría haber más. Los autores no dan cuenta de otros tipos.
Un par de experimentos que aparentemente observaron más neutrinos de los que predice el Modelo Estándar, que encapsula el conocimiento actual sobre partículas y fuerzas fundamentales, tiene años de tener perplejos a los físicos.
Otros experimentos contaron menos neutrinos de lo esperado. La aparición y desaparición de neutrinos parecía indicar interacciones ocultas que involucraban al menos un tipo adicional, que debía ser “estéril”, ajeno a todo el universo conocido, excepto a la gravedad.
Uno de los nuevos artículos resume los hallazgos del experimento MicroBooNE realizado en el Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi, en las afueras de Chicago. El otro describe los resultados del Experimento de Neutrinos de Tritio de Karlsruhe, o KATRIN, en Alemania, que buscó indicios de neutrinos en la desintegración del tritio, una forma pesada e inestable del hidrógeno.
Los resultados socavan el impulso para especular sobre la existencia de neutrinos estériles, pero no son lo suficientemente sólidos como para descartar su existencia.
Los neutrinos son un foco de investigación para los físicos de partículas. Podrían ayudar a resolver muchos misterios no explicados por el Modelo Estándar, incluyendo por qué el universo no se autodestruyó tras el Big Bang.
De ser lo suficientemente pesados, los neutrinos estériles podrían representar una fracción considerable de la materia oscura que llena el universo, pero aún no ha sido identificada.
Los neutrinos se presentan en tres tipos, o sabores, conocidos: neutrinos electrónicos, neutrinos muónicos y neutrinos tauónicos. Pueden cambiar de sabor a medida que viajan. Sin embargo, las transformaciones reportadas en un experimento de la década de 1990 en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, Nuevo México, no se ajustan al modelo de tres sabores, lo que sugiere la existencia de uno o más sabores adicionales de neutrinos estériles.
MiniBooNE, predecesor de MicroBooNE, buscó contar el número de veces que un neutrino muónico se transformaba en un neutrino electrónico. Los resultados, del 2002 al 2019, detectaron un exceso de neutrinos electrónicos. Esto respaldó la idea del neutrino estéril.
MicroBooNE utilizó un detector diferente. También contó los neutrinos electrónicos y obtuvo una cifra consistente con el Modelo Estándar.
Los resultados descartan, con una certeza del 95 por ciento, los modelos teóricos que incluían un tipo de neutrino estéril, dijo Matthew Toups, del Fermilab.
Los hallazgos del experimento KATRIN desafían otro enigma conocido como la anomalía del galio.
Cuando un neutrino electrónico choca con un átomo de galio, un metal, se combina con un neutrón, transformándolo en un protón. El galio así se transmuta en germanio.
Sin embargo, experimentos con depósitos de toneladas de galio líquido midieron sistemáticamente menos germanio del que predice el Modelo Estándar. Este déficit podría explicarse si algunos de los neutrinos electrónicos se transformaran en neutrinos estériles que nunca interactuaran con el galio.
Un neutrino estéril así aparecería claramente en los datos de KATRIN, afirmó Thierry Lasser, físico en el Instituto Max Planck de Física Nuclear en Alemania, quien coordinó el análisis de los datos de KATRIN, y no aparece.
Se están realizando más experimentos en el mundo que investigan diferentes aspectos de los misterios de los neutrinos. “Nadie sabe a ciencia cierta cuál será la respuesta final”, dijo William Louis, físico en Los Álamos.
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