Consiguen, por primera vez, capturar en una máquina a la 'partícula fantasma'

A cada segundo que pasa y sin que ni siquiera nos demos cuenta de ello, miles de millones de neutrinos atraviesan cada centímetro cuadrado de nuestra piel, y después el resto del planeta que pisamos hasta salir como si nada por el otro lado. Como auténticos 'espectros' subatómicos, los neutrinos, simplemente, se deslizan a través de la materia como si no estuviera ahí. Y ahora, por fin, el 'fantasma' ha sido capturado por una máquina.

Bajo la dirección de físicos de la Universidad de California Irvine (UC Irvine), la hazaña ha sido llevada a cabo por un equipo de 80 investigadores de 21 instituciones internacionales, y anunciada hace apenas unos días por por Brian Petersen, físico de partículas del CERN, el Consejo Europeo para la Investigación Nuclear en Ginebra, Suiza, durante la 57 edición de la conferencia 'Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories', celebrada en Italia.

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El hito constituye el resultado más reciente del Forward Search Experiment, o FASER, un detector de partículas diseñado y construido por un grupo internacional de físicos e instalado en el CERN. Allí, FASER escruta y clasifica las partículas producidas por el Gran Colisionador de Hadrones en busca de neutrinos y de materia oscura.

«Hemos descubierto neutrinos de una fuente completamente nueva, los colisionadores de partículas, en los que dos haces de partículas chocan entre sí a una energía extremadamente alta», explica Jonathan Feng, físico de partículas de UC Irvine y co-portavoz de la colaboración FASER.

Descubiertos hace casi 70 años por el ya desaparecido físico y premio Nobel Frederick Reines, los neutrinos son, después de los fotones, las partículas más abundantes del Universo y, en palabras de Jamie Boyd, coportavoz de FASER, «fueron muy importantes para establecer el modelo estándar de física de partículas. Pero hasta ahora ningún neutrino producido en un colisionador había sido detectado por un experimento».

En condiciones naturales, los neutrinos surgen de eventos o circunstancias extremadamente energéticas, como la fusión nuclear que se da en el corazón de las estrellas o las explosiones de supernovas. Y aunque pasan casi inadvertidos debido a su masa, cercana a cero, los hay en tal cantidad que los físicos creen que, en conjunto, probablemente afectan a la gravedad del Universo entero.

A pesar de su fantasmagórica naturaleza, muy de vez en cuando, un neutrino cósmico choca con otra partícula. Y al hacerlo, produce un tenue estallido de luz. Para localizarlos, los físicos han construido en diversas partes del mundo grandes detectores subterráneos, a varios km de profundidad, debajo de altas montañas o en medio de los hielos eternos de la Antártida. Toda precaución es poca para que esos detectores permanezcan aislados de cualquier otra fuente de radiación.

Hasta ahora, la inmensa mayoría de los neutrinos 'capturados' de esta forma y estudiados por los físicos han sido de baja energía. Pero los neutrinos detectados por FASER, que genera la energía más alta jamás producida en un laboratorio, produce neutrinos que son similares a los que se encuentran cuando las partículas del espacio profundo desencadenan dramáticas lluvias de partículas en nuestra atmósfera. Y esos neutrinos de altísima energía, dice Boyd, «pueden hablarnos sobre el espacio profundo de una manera que no podemos aprender de otra manera».

En sí mismo, FASER es único entre los experimentos de detección de partículas. A diferencia de otros detectores del CERN, como ATLAS, que tiene varios pisos de altura y pesa miles de toneladas, FASER pesa aproximadamente una tonelada y cabe perfectamente dentro de un pequeño túnel lateral del complejo. Y fue diseñado y construido, además, en solo unos pocos años, usando repuestos de otros experimentos.

En palabras de Dave Casper, físico experimental de la UC Irvine, «los neutrinos son las únicas partículas conocidas que los experimentos mucho más grandes en el Gran Colisionador de Hadrones no pueden detectar directamente, por lo que la observación exitosa de FASER significa que finalmente se está explotando todo el potencial físico del colisionador». Otro de los objetivos de FASER es ayudar a identificar las partículas que se supone que conforman la materia oscura, nunca observada hasta ahora de forma directa.

En 2021, se identificaron en FASER seis posibles candidatos a neutrinos. Y ahora, los investigadores confirman el descubrimiento, y lo hacen con un nivel de significación de 16 sigma. Lo cual quiere decir que la probabilidad de que las señales se hayan producido por casualidad es tan baja que es casi nula; normalmente, un nivel de 5 sigma es suficiente para poder proclamar un descubrimiento en física de partículas.

El trabajo, por supuesto, continúa, y esta nueva fuente de neutrinos ayudará, a partir de ahora, a comprender mucho mejor algunos de los más insondables misterios del Universo en que vivimos.