Cosmos

Neutrinos: los diminutos fantasmas del universo

Gerardo Herrera Corral 30 / Sep / 19
Una colaboración internacional de científicos consigue medir el peso del objeto más ligero del cosmos

Los neutrinos son las partículas elementales más livianas de la naturaleza, son la porción más pequeña de la realidad, y son el objeto más difícil de estudiar en el mundo microscópico.

Los electrones son mucho más comunes, circundan los núcleos de los átomos y pesan alrededor de 10-27 gramos, es decir: 0.000 000 000 000 000 000 000 000 001 gramos.

Los electrones nos resultan familiares porque producen el fenómeno de la electricidad y son, también, partículas elementales. Pero no son, ni con mucho, las más ligeras en el mundo minúsculo de los ladrillos fundamentales de la naturaleza. La levedad entre las partículas elementales está reservada para los neutrinos.

El peso de los sutiles neutrinos

Ahora el experimento KATRIN (Karlsruher Tritium Neutrino Experiment) en Alemania acaba de medir el peso de los sutiles neutrinos. Encontró que su masa es cuando mucho 10-33 gramos, o como dicen los físicos: no más de 1.1 electronvoltios.

Al anunciar el resultado en una conferencia en Japón, el aplauso fue largo y no es para menos: la colaboración internacional en que participan Alemania, Estados Unidos, España, República Checa y Rusia trabajó más de 20 años para obtener este número.

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Ahora el experimento KATRIN (Karlsruher Tritium Neutrino Experiment) en Alemania acaba de medir el peso de los sutiles 10-33 gramos | Foto: Karlsruhe Institute of Technology

Identidad cambiante

Estas misteriosas partículas interactúan muy poco con las sustancias que atraviesan. Son tan escurridizos que se requeriría un bloque de plomo con nueve billones de kilómetros de largo para poder detenerlos. Por esto siempre se pensó que no tendrían masa.

Los fantasmales neutrinos son de tres tipos: electrónico cuando aparece con un electrón, muónico si se asocia a un muón o taónico si se relaciona con el taón (muón y taón son los nombres que reciben las partículas elementales parecidas al electrón y su denominación deriva en los nombres para los neutrinos). Aunque los tres son aparentemente diferentes se convierten espontáneamente uno en otro de manera oscilante cambiando de identidad. Este peculiar comportamiento hizo pensar a los físicos que, después de todo, tienen una masa.

Los neutrinos son las partículas elementales más livianas de la naturaleza, son la porción más pequeña de la realidad

El experimento KATRIN solo colocó un límite para la masa, pero ¿cuál es la masa exacta de esta partícula? No lo sabemos. El límite que acaba de poner este experimento no es el más restrictivo. Existen límites más bajos que provienen de mediciones cosmológicas.

Los cosmólogos piensan que durante el Big Bang se produjeron muchos neutrinos, y que estos han influido con su masa colectiva a la expansión del universo. Por esa razón es que ellos consideran a los elusivos neutrinos en su modelo. Al tomar en cuenta a los neutrinos los cosmólogos son capaces de calcular la masa del neutrino electrónico en unas décimas de electronvoltio.

¿Por qué es, pues, tan importante la medición de KATRIN si hay otras maneras de obtener limites más pequeños?

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El experimento KATRIN solo colocó un límite para la masa, pero ¿cuál es la masa exacta de esta partícula? No lo sabemos | Imagen: Karlsruhe Institute of Technology

Solo el comienzo

Hay dos razones para entender el entusiasmo de la gente con el resultado reciente del experimento KATRIN:

La medición no depende de un modelo, es decir, no está sujeto a suposiciones en un marco de ideas. En cambio, el cálculo que obtienen los cosmólogos es muy dependiente de los ingredientes del modelo. Si algo está equivocado entonces la estimación de la masa será errónea.

Los electrones nos resultan familiares porque producen el fenómeno de la electricidad y son, también, partículas elementales

La segunda razón es que el experimento KATRIN espera llegar pronto a los límites que se obtienen de la cosmología. El anuncio reciente es solo el comienzo.

En toda esta historia muchos pensamos que KATRIN es el experimento que nos dirá cuál es la masa exacta del neutrino electrónico y eso podría ocurrir en los próximos años.

Conocer la masa exacta nos permitirá entender mejor el mecanismo mediante el cual se forman las galaxias, la velocidad con que se expande el universo, su origen y evolución".

Autor: Gerardo Herrera Corral
Es profesor titular del Departamento de Física del Centro de Investigación y De Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV). Es líder del trabajo de los científicos mexicanos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN). Es autor de los libros "El Universo, la historia más grande jamás contada" y "El azaroso arte del engaño", entre otros.