La evidencia de la existencia de los neutrinos estériles invita a los físicos a atar un cabo suelto: la materia oscura
Los neutrinos son las partículas más esquivas de la naturaleza. Fueron descritos por primera vez en la década de los años 30 por Wolfgang Pauli, uno de los padres de la física cuántica. Sin embargo, su descubrimiento experimental se produjo a mediados de los años 50. Hay una razón contundente que explica por qué son tan difíciles de detectar: apenas interaccionan con la materia ordinaria. Además, su masa es pequeñísima, su carga eléctrica es neutra y no se ven influenciados por la interacción nuclear fuerte ni por la fuerza electromagnética, aunque sí por la gravedad y la interacción nuclear débil.
Los científicos suelen ilustrar lo difícil que es capturar un neutrino explicando que cada segundo varios trillones de estas partículas atraviesan tanto la Tierra como a nosotros sin colisionar con ninguna otra partícula. También se puede ilustrar lo esquivos que son recurriendo a la mecánica cuántica, que asegura que sería necesario fabricar una plancha de plomo con un espesor de un año luz (9,46 × 10^12 km) para conseguir que la mitad de los neutrinos que la atraviesan colisione con las partículas del bloque de plomo. Sin embargo, a pesar de lo escurridizos que son, tenemos varios observatorios que son capaces de detectarlos.
A la caza del neutrino estéril
Afortunadamente el ingenio de los investigadores no tiene límite, por lo que han logrado poner a punto observatorios diseñados específicamente para capturar neutrinos. El más imponente de todos ellos es el Super-Kamiokande japonés, una mole alojada en Hida, una ciudad ubicada en el área central de Honshu, la mayor isla del archipiélago nipón. El detector CMS del CERN no ha sido ideado expresamente para estudiar los neutrinos, pero los físicos que trabajan en este experimento han encontrado soluciones creativas con las que esperan dar con ellos. Como acabamos de ver, los neutrinos son unas partículas muy atractivas, pero hay una clase si cabe incluso más misteriosa: los neutrinos estériles.
Los neutrinos estériles son leptones de vida larga, por lo que son capaces de recorrer varios metros de distancia antes de desintegrarse
Por el momento su existencia es tan solo hipotética, pero hay muchos grupos de investigación intentando dar con ellos. Los neutrinos estériles son leptones de vida larga, por lo que son capaces de recorrer varios metros de distancia antes de desintegrarse. El análisis de los investigadores sostiene que es posible producirlos como producto de la desintegración de un bosón W resultante de la colisión de dos protones, por lo que la estrategia de algunos investigadores, como los que operan el experimento CMS en el CERN, a grandes rasgos consiste, precisamente, en seguir la pista muy de cerca a este bosón.
Ya conocemos con cierto detalle por qué los neutrinos son tan interesantes, pero todavía no hemos indagado en lo más sorprendente: las tres respuestas que los científicos esperan obtener gracias al conocimiento que presumiblemente les entregarán los neutrinos estériles. La primera de ellas consiste en que estas partículas podrían explicar por qué la masa de los neutrinos es tan pequeña gracias a un mecanismo conocido como ‘see-saw’. En este artículo no nos interesa sumergirnos en este fenómeno para no complicarlo demasiado, pero los físicos del CERN lo explican minuciosamente en esta publicación.
No obstante, los neutrinos estériles también podrían resultar muy útiles para explicar la asimetría materia-antimateria del universo, así como la naturaleza de la materia oscura. Ahí es nada. Estas son dos de las preguntas más inquietantes que se hacen los físicos desde hace décadas, y cabe la posibilidad de que estas dos respuestas no estén demasiado lejos. De hecho, los científicos que operan el experimento BEST (Baksan Experiment on Sterile Transitions), que está alojado en Rusia, han encontrado evidencias sólidas que reflejan con una alta probabilidad la existencia de los neutrinos estériles.
Los neutrinos reaccionan con el galio y producen el isótopo germanio-71, de modo que es posible extraer este último elemento del galio y contabilizarlo
Este experimento muy a grandes rasgos contiene un tanque que acumula 47 toneladas métricas de galio líquido y utiliza como fuente de neutrinos una cámara que contiene cromo-51. Los neutrinos son el resultado de la desintegración radiactiva de este último elemento químico. Lo interesante es que los neutrinos reaccionan con el galio y producen el isótopo germanio-71, de modo que es posible extraer este último elemento del galio y contabilizarlo.
Curiosamente, estos físicos rusos encontraron mucho menos germanio del que esperaban identificar, probablemente debido a un fenómeno que todavía no entienden bien. Aun así, este resultado es importante porque respalda la posible existencia de los neutrinos estériles. Y, de ser así, podría ser la llave para apuntalar la naturaleza de la materia oscura.
Imagen | Konstantin Malanchev
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