El laboratorio IceCube, instalado en la Antártida
El laboratorio IceCube, instalado en la Antártida - Erik Beiser, IceCube/NSF

Una pena, el «neutrino estéril» no existe

Se ha descartado la existencia de una partícula que podría derrumbar el Modelo Estándar de la Física. Estaba caracterizada por no interaccionar de ninguna forma con la materia, salvo quizás a través de la gravedad

MADRIDActualizado:

Si realmente existieran, ayudarían a aclarar algunos de los enigmas más acuciantes del Universo, entre ellos el origen de la materia oscura, o la inexplicable asimetría que existe entre materia y anti materia. Los así llamados «neutrinos estériles» confirmarían, además, la existencia de más de los tres tipos conocidOs de neutrinos, las esquivas partículas casi sin masa que llenan por completo el espacio y que apenas interactúan con la materia.

Muchos piensan que los neutrinos, en sus varias formas conocidas, guardan importantes secretos. Y son muchos también los que creen que deben existir más tipos de neutrinos de los que conocemos, entre ellos el «neutrino estéril», que los científicos han creído vislumbrar ya en un buen número de experimentos.

Por eso, y en un esfuerzo gigantesco por rellenar los «huecos» del Modelo Estándar, la teoría que da cuenta de todas las partículas que forman la materia de la que estamos hechos, los físicos siguen llevando a cabo una búsqueda sistemática de esta variedad concreta de la diminuta pero importantísima partícula. Y, para decepción de todos, los últimos resultados del detector IceCube, instalado con ese fin en el Polo Sur, parecen indicar que tal partícula no existe.

A cada segundo que pasa, y sin que nos demos siquiera cuenta, billones de neutrinos procedentes del Sol y otras fuentes más lejanas atraviesan cada centímetro de nuestro cuerpo, y la Tierra entera, para seguir su viaje a través del Universo. Para estas auténticas «partículas fantasma» la materia en forma de planetas, estrellas o personas prácticamente no existe, y pasan a través de ella como si se tratara de espacio vacío.

Conocemos, hasta ahora, tres clases de neutrinos: el neutrino muón, el neutrino electrón y el neutrino tau. Pero muchos experimentos han arrojado pistas sobre la existencia de un cuarto miembro de esta familia. Conocido como «neutrino estéril», esta partícula hipotética no interactuaría de forma alguna con el resto de la materia. Excepto, quizá, a través de la gravedad.

El descubrimiento del neutrino estéril, además, supondría un duro golpe para el Modelo Estándar, que solo permite la existencia de los tres tipos conocidos. «Si encontráramos un cuarto tipo de neutrino -afirma Francis Halzen, investigador principal del Observatorio de Neutrinos IceCube- el hallazgo lo cambiaría todo. Estéril significa que no interactúa de forma alguna con la materia, aunque sí que podría hacerlo de forma dramática con los demás neutrinos".

La única forma posible para detectar un neutrino estéril es «cazarlo» justo en el instante en que se está transformando en alguno de los otros tres tipos, una tarea extraordinariamente difícil, ya que incluso los neutrinos «normales» resultan complicados de detectar. Pero la posible presencia de estos neutrinos estériles no es un simple deseo de los científicos, sino el fruto de pistas e indicaciones concretas en un buen número de experimentos, entre ellos el del Laboratorio Nacional de Los Alamos en 1990 y, más recientemente, en el detector chino de Daya Bay, instalado cerca de Hong Kong. Pistas, pero aún ninguna prueba definitiva que demuestre su existencia.

Ahora, en un estudio que se acaba de publicar en Physical Review Letters, los físicos del IceCube podrían haber dado carpetazo definitivo a la cuestión de la existencia de esta cuarta clase de neutrino. De hecho, dos análisis independientes de los resultados del gran detector antártico, cada uno de ellos con datos de años enteros de cerca de 100.000 eventos de detección de neutrinos, no han conseguido encontrar ni una sola de las caracteríasticas que el neutrino estéril debería tener.

Los análisis fueron llevados a cabo utilizando los llamados «neutrinos atmosféricos», aquellos que se crean en la atmósfera cuando los rayos cósmicos se rompen en una cascada de partículas en las capas más altas de la envoltura gaseosa de la Tierra. Y ambos grupos de investigadores concluyeron, con un 99% de certidumbre, que el neutrino estéril, en realidad, no existe.

En busca de Elvis

«Igual que sucede con Elvis -bromea Halzen- la gente ve pistas de la existencia del neutrino estéril por todas partes. Había toda una colección de estas pistas, y los físicos teóricos estaban convencidos de que existía".

Los investigadores que llevaron a cabo los dos análisis repasaron los cientos de miles de eventos de neutrinos prrocedentes del hemisferio norte (en las antípodas del detector) registrados por IceCube tras su recorrido a través de la Tierra. Ya que solo los neutrinos pueden atravesar el planeta entero como si no existiera y sin chocar con ninguna de las demás partículas que lo forman, la Tierra misma fue utilizada como pantalla por los investigadores. Un filtro natural y capaz de retener cualquier otra clase de partícula no deseada.

IceCube consiste en 5.160 sensores que detectan la luz, congelados en cristales de hielo antártico, a más de 1,5 km, de profundidad bajo el Polo Sur. Entre los muchos billones de neutrinos que atraviesan el detector a cada segundo, ocasionalmente uno choca con alguno de los sensores, creando un muón y, en consecuencia, un delatador rayo azul de radiación Cherenkov. Los equipos centraron su búsqueda en las colisiones que se producían en el rango energético que va de los 320 GeV (Gigaelectronvoltios) a los 20 TeV (Teraelectronvoltios). Es en ese abanico, en efecto, donde el neutrino estéril, de existir, habria podido dejar su firma. Cosa que no sucedió.

Los resultados han sido una gran decepción para muchos. E implican que tendremos que seguir «a oscuras» durante más tiempo del previsto, y buscar otras vías para desentrañar los misterios que aún se nos resisten en el Universo.