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Resuelto el misterio del neutrino estéril

Los datos de un observatorio en la Antártida descartan casi por completo la posibilidad de que exista un neutrino que podría ayudar a explicar la materia oscura

Imagen del laboratorio de detección de neutrinos IceCube, en la Antártida.
Imagen del laboratorio de detección de neutrinos IceCube, en la Antártida.

Los neutrinos son como los hobbits de la física de partículas. Prefieren estar en sus cosas, sin meterse en los líos políticos de los poderosos elfos o los ambiciosos humanos, y parecen insignificantes a su lado. Sin embargo, tienen algo, quizá fruto de esa autonomía respecto a otras partículas más poderosas, que les hace poder cambiar el mundo desde su posición aparentemente humilde.

Igual que un hobbit salvó a la Tierra Media del dominio del mal absoluto de Sauron, cuentan los físicos que pudieron ser los neutrinos quienes inclinaron la balanza hacia la antimateria en la lucha que se inició contra la materia en los orígenes del tiempo. Tras el Big Bang se había creado la misma cantidad de las dos sustancias y cada vez que una partícula con una carga chocaba contra su opuesta ambas se desintegraban dejando tras de sí un rastro de radiación. Si esa igualdad en la guerra hubiese perdurado, hoy no habría ni galaxias ni Tierra, ni humanos ni libros sobre hobbits.

Los neutrinos estériles podrían explicar por qué hay más materia que antimateria

Como los hobbits, que se dividen en tres razas, los neutrinos se agrupan en tres sabores, asociados a otros tres leptones de distintas masas: el electrón, el muón y el tau. Estas partículas se crean cuando protones de alta energía, producidos en cataclismos cósmicos como las supernovas, chocan contra la atmósfera terrestre y desencadenan una lluvia de partículas diversas entre las que se encuentran los neutrinos. En su camino a través de la Tierra, fluctúan cambiando de sabor, un fenómeno cuyo descubrimiento fue premiado con el Nobel de Física en 2015.

Estos hallazgos ya habían ayudado a reconfigurar el Modelo Estándar de física de partículas, que sirve para organizar nuestro conocimiento sobre cómo funciona la materia en su nivel más fundamental, pero en los últimos años, algunos científicos, a la vista de resultados experimentales difíciles de explicar con las partículas conocidas, habían planteado la posibilidad de que existiese un tipo de neutrino más. El neutrino estéril, como lo bautizaron, sería aún menos sociable que sus hermanos y solo trataría con el resto de la materia a través de la fuerza de gravedad. Su presencia habría ayudado a explicar si realmente los neutrinos desempeñaron un papel clave en el enfrentamiento entre materia y antimateria y podrían ayudar a entender qué es la materia oscura.

Sin embargo, un artículo publicado esta semana en la revista Physical Review Letters indica que tras mucho buscar no hay rastro de esta cuarta especie de neutrinos. Los autores llegan a esta conclusión después de analizar miles de neutrinos detectados por el Observatorio de Neutrinos IceCube del Polo Sur. Este particular telescopio está formado por 5.160 sensores congelados en el hielo antártico y distribuidos a una profundidad de entre 1,5 y 2,5 kilómetros en un espacio de un kilómetro cúbico. Esas dimensiones descomunales son necesarias para lograr atrapar las señales producidas por estas escurridizas partículas. Los neutrinos que intenta capturar IceCube se producen en la atmósfera sobre el Polo Norte y llegan a la Antártida después de atravesar toda la Tierra.

El telescopio IceCube cuenta con 5.160 detectores que ocupan un kilómetro cúbico bajo el hielo antártico

Los científicos esperaban que, si existiese, el neutrino estéril dejaría una señal clara en un determinado rango energético de un electronvoltio. Planteaban que este cuarto neutrino podría aparecer durante las fluctuaciones cuánticas que producen los cambios de sabor de la partícula. Pero esa señal no se ha encontrado. Además, los autores del trabajo han excluido la posibilidad de que se les haya escapado algo calculando la cantidad de neutrinos de cada clase generados en la atmósfera del Polo Norte. “Podemos detectar la cantidad de neutrinos muónicos, electrónicos y de tau y no hay nada que falte en la ecuación, así que la conclusión es que los resultados de IceCube debilitan la posibilidad de que este cuarto neutrino exista”, ha afirmado Jason Koskinen, investigador de la Universidad de Copenhague y coautor del estudio.

Este resultado es una muestra más de las posibilidades del telescopio de neutrinos antártico, una infraestructura que requirió una inversión de 271 millones de dólares. En noviembre de 2013, se publicó que durante los meses anteriores los detectores de IceCube habían atrapado 28 neutrinos procedentes de fuera del Sistema Solar. Entonces, los científicos anunciaron que la capacidad para detectar a aquellos mensajeros, capaces de viajar imperturbados por todo el espacio con información clave sobre la naturaleza del cosmos, como el hobbit que pudo entrar en Mordor sin ser detectado, abría una nueva era en la astronomía.

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