Un aspecto del detector de neutrinos MiniBooNE
Un aspecto del detector de neutrinos MiniBooNE - Fermilab

Hallan evidencias de una nueva partícula capaz de explicar la materia oscura y la antimateria

Se trata de una rara forma de neutrino cuya existencia «rompería» por primera vez el Modelo Estandar

MadridActualizado:

Se llaman "neutrinos estériles" e interactúan con el resto de la materia por vía de la gravedad, pero no a través de las otras tres interacciones de la naturaleza (electromagnetismo y fuerzas nucleares fuerte y débil). La existencia de esta extraña e hipotética partícula (predicha por los físicos pero nunca confirmada experimentalmente) sacudiría los cimientos de la actual Física de partículas y ayudaría, de paso, a resolver algunos de los mayores misterios del Universo, desde la materia oscura a la antimateria.

La cuestión es que ahora, tras varias décadas de búsqueda infructuosa, un sólido experimento llevado a cabo en el Fermi National Accelerator Laboratory, cerca de Chicago, ha producido la mayor evidencia que existe por el momento a favor de la nueva partícula, al detectar muchos más neutrinos que los predichos en el Modelo Estandar. El estudio acaba de publicarse en Arxiv.org.

Las primeras pistas aparecieron hace más de dos décadas, a mediados de los 90, en el detector LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector) del Laboratorio Nacional de Los Alamos, pero tras largos años de intensas búsquedas que confirmaran esos resultados, los científicos no habían sido capaces de encontrar ninguna otra evidencia de la existencia de neutrinos estériles. Ahora, los nuevos datos parecen demostrar, de nuevo, la existencia de neutrinos estériles, incluso al mismo tiempo que otros grandes experimentos internacionales siguen sugiriendo que los neutrinos estériles no existen en absoluto.

Algo muy extraño debe estar sucediendo en el Universo para que los experimentos de física más avanzados de la humanidad se contradigan entre sí de esta forma.

La comunidad internacional de físicos está, a la vez, encantada y desconcertada ante los nuevos resultados del detector MiniBooNE del Fermi National Accelerator Laboratory. En concreto, el nuevo experimento ha detectado muchos más neutrinos de un cierto tipo que los esperados, un exceso que se explicaría más fácilmente con la existencia de una nueva partícula fundamental, un neutrino "estéril" que sería aún más extraño y solitario que los tres tipos ya conocidos de neutrinos. Los resultados, además, confirman los del viejo experimento de Los Alamos. Algo muy significativo si tenemos en cuenta que el MiniBooNE fue específicamente construido para verificar los datos de aquél experimento de mediados de los noventa...

Hasta ahora, los físicos conocían tres tipos (o sabores) de neutrinos: neutrinos de electrones, neutrinos de muones y neutrinos tau, nombrados así por el electrón y sus dos "primos" más pesados, muones y taus. Los neutrinos, además, tienen la capacidad de transformarse (oscilar) de un tipo a otro: una partícula que nace como un neutrino de muón podría ser luego detectada como un neutrino de electrones. Y viceversa.

Ya en 2002, los resultados de MiniBooNE apuntaban a un cierto exceso de neutrinos en sus mediciones. Pero la nueva investigación, hecha con más del doble de datos, arroja un auténtico "diluvio" de neutrinos "extra" que ya no es posible ignorar.

Romper con el Modelo Estandar

La existencia de un neutrino estéril revolucionaría la Física, desde lo más pequeño a lo más grande. De hecho, "rompería" por primera vez el Modelo Estandar, la Teoría que explica todos los componentes y fuerzas de la Naturaleza, que lleva reinando prácticamente sin oposición desde la pasada década de los setenta. Y haría necesario un nuevo modelo cosmológico para explicar el Universo en que vivimos.

El Modelo Estándar de la Física, en efecto, ha marcado nuestra comprensión del Universo durante más de medio siglo. Se trata de una "lista" de partículas que, juntas, contribuyen en gran medida a explicar cómo la materia y la energía interactúan en el cosmos. Algunas de estas partículas, como los quarks y los electrones, son bastante fáciles de imaginar: son los "ladrillos" que forman los átomos, de los que está hecha toda la materia que podemos ver a nuestro alrededor. Otras, como los tres neutrinos conocidos, son más abstractas, ya que se trata de partículas de alta energía que fluyen a través del Universo sin apenas interactuar con otra materia. Miles de millones de neutrinos solares, por ejemplo, atraviesan cada centímetro de nuestro cuerpo cada segundo, pero es muy poco probable que al hacerlo impacten con cualquiera de las partículas de las que estamos hechos.

Sin embargo, los neutrinos de electrones, muones y tau, los tres "sabores" conocidos, sí que interactúan con la materia, a través de la fuerza nuclear débil (una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo) y la gravedad. (Sus gemelos de antimateria a veces también interactúan con la materia.) Y eso significa que los detectores especializados pueden encontrarlos, emitiéndose desde el sol o desde ciertas fuentes humanas, como los reactores nucleares.

El experimento de mediados de los noventa en el LSND proporcionó la primera evidencia firme de que ese podría no ser el cuadro completo.Y ahora, la nueva detección de neutrinos "extra" con el MiniBooNE no ha hecho más que complicar, aún más, las cosas.

Ambos experimentos funcionan de forma parecida. A medida que las ondas de neutrinos fluyen a través del espacio, "oscilan" periódicamente, saltando de un sabor a otro. Tanto LSND como MiniBooNE consisten en disparar haces de neutrinos a un detector escondido tras un aislante para bloquear todas las demás radiaciones. En LSND, el aislante era agua, en MiniBooNE, una cuba de aceite. En ambos casos, el experimento consistió en contar cuidadosamente cuántos neutrinos de cada tipo golpeaban al detector.

Como se ha dicho, los dos experimentos tienen en común el hecho de haber detectado más neutrinos de los que la oscilación de neutrinos del Modelo Estándar puede explicar. Lo cual sugiere que los neutrinos están oscilando en neutrinos ocultos, más pesados y "estériles", que los detectores no pueden detectar directamente antes de oscilar de vuelta al dominio detectable. El resultado de MiniBooNE tuvo una desviación estándar medida a 4.8 sigma, apenas por debajo del umbral 5.0 que buscan los físicos. (Un resultado 5-sigma tiene 1 en 3.5 millones de probabilidades de producirse a causa de fluctuaciones aleatorias en los datos.) Los investigadores afirman que MiniBooNE y LSND combinados representan un resultado de 6.1 sigma (es decir, apenas una entre 500 millones de probabilidades de ser un golpe de suerte), aunque algunos se muestran escépticos ante esa afirmación.

El problema, en efecto, es que otros grandes experimentos de neutrinos, como el Oscillation Project, en Suiza, o el observatorio de neutrinosIce Cube, en la Antártida, no han encontrado la misma anomalía detectada por LSND y MiniBooNE...

En resumen, aunque nadie rechaza la idea de que los neutrinos estériles existan realmente, la comunidad científica está aún dividida a la hora de aceptarlos oficialmente. El premio, desde luego, es demasiado grande como para rechazarlo de plano.