Un experimento fallido pone en tela de juicio la existencia del neutrino estéril y abre un nuevo capítulo para la Física de Partículas y la explicación del origen del Universo. Un evento que se iguala en importancia al descubrimiento del Bosón de Higgs y que mantiene a la comunidad científica en vela.

Desde 2015 el experimento llamado MicroBooNE en el Laboratorio Nacional Fermi del Departamento de Energía de los Estados Unidos, ha estado buscando un tipo de partícula teórica nombrada neutrino estéril. Sin embargo, cuatro análisis elaborados en colaboración internacional con MicroBooNE, muestran los mismos resultados: no hay rastro de neutrino estéril alguno. Este es un golpe para la partícula que surgió como explicación teórica prometedora para las anomalías observadas en experimentos físicos anteriores. En cambio, los resultados se alinean con el Modelo Estándar que toma en cuenta únicamente la existencia de tres neutrinos.

neutrino estéril

Tres diferentes sabores

Los neutrinos son una de las partículas fundamentales de la composición del Universo. Son neutrales, increíblemente diminutos y rara vez suelen interactuar con otro tipo de materia. Hasta ahora se sabe que existen tres tipos de neutrinos o ‘sabores’: electrón, muon y tau. Pero no funcionan de manera estable, es decir que pueden cambiar de un sabor a otro mientras viajan a través del cosmos. Y es justamente aquí donde la física de partículas se enfrenta al desafío de explicar a qué se debe este cambio. Aunque tienen algunas sospechas por dónde buscar.

Los físicos creen que si se descubre por qué los neutrinos tienen una masa tan diminuta, entenderán mejor el cambio de un sabor a otro. Y a su vez, esto podría dar un mejor entendimiento de cómo se formó el Universo y por qué se estableció tal como lo conocemos ahora.

Según las teorías actuales, justo después del nacimiento del Universo tras el Big Bang, las cantidades de materia y antimateria eran iguales. Pero ahora sabemos que cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan violentamente una a la otra, por lo que es de suponerse que entonces el Universo habría quedado reducido a la nada. No obstante, esto no sucedió y actualmente tenemos mayores cantidades de materia que de antimateria y un gran cuestionamiento de por qué sucedió esto. Se piensa que la oscilación entre neutrinos es la clave principal para comprender por qué sobrevivió la materia en la creación cósmica, que más tarde posibilitó la formación de planetas, estrellas y grandes objetos.

neutrino estéril

En los años 90, mientras se llevaba a cabo un experimento en el Laboratorio Nacional Los Álamos del Departamento de Energía de los Estados Unidos, ocurrió algo extraño. El experimento que implicaba haces de partículas desprendió una mayor cantidad de interacciones de partículas de las que se predijo en los cálculos. Estas extrañas reacciones de más dieron como resultado la predicción de un cuarto sabor de neutrino, al que llamaron neutrino estéril que explicaría los resultados inesperados.

No es el final, sino el comienzo

Sin embargo, ahora casi veinte años después, cuatro análisis del MicroBooNE han sugerido que no hay rastro alguno de dicho neutrino estéril. Por lo que se ha abierto un nuevo capítulo en la física de partículas, ya que el hecho de no haber encontrado tal neutrino no se contrapone con los hallazgos anteriores que todavía requieren una explicación. Estamos ante un comienzo en vez de un final.

“Está ocurriendo algo muy interesante que todavía necesitamos explicar. Los datos nos están dirigiendo a las posibles explicaciones y apuntan hacia algo más complejo e interesante, lo cual es realmente emocionante”, dijo Sam Zeller, del Laboratorio Fermi.

Todavía hay algunas preguntas importantes sin respuesta en física que muchas investigaciones experimentales están intentando responder. “Y es posible que los neutrinos nos estén diciendo dónde encontrar algunas de esas respuestas. Creo que si quieres entender cómo funciona el universo, tienes que entender los neutrinos”, dijo Bonnie Fleming co-portavoz de MicroBooNE. Un largo camino por recorrer es el que le espera todavía a la física para descifrar cómo es que el Universo llegó a ser lo que es ahora, pero por ahora los neutrinos parecen ser la clave más cercana no resulta.

Referencias: Search for Neutrino-Induced Neutral Current Δ Radiative Decay in MicroBooNE and a First Test of the MiniBooNE Low Energy Excess Under a Single-Photon Hypothesis. (2021). High Energy Physics. DOI

Search for an anomalous excess of charged-current quasi-elastic νe interactions with the MicroBooNE experiment using Deep-Learning-based reconstruction. (2021). High Energy Physics. DOI

Search for an anomalous excess of charged-current νe interactions without pions in the final state with the MicroBooNE experiment. (2021). High Energy Physics. DOI

Search for an anomalous excess of inclusive charged-current νe interactions in the MicroBooNE experiment using Wire-Cell reconstruction. (2021). High Energy Physics. DOI