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Un sector oscuro de partículas invisibles emerge del mundo cuántico

Un sector oscuro de partículas invisibles emerge del mundo cuántico

Un sector oscuro repleto de partículas invisibles, descendientes de los neutrinos estériles, se perfila en el universo cuántico, con las claves necesarias para entender el misterio de la materia oscura y de la expansión del universo.

Cada vez resulta más complicado confirmar la existencia de unos neutrinos insólitos, llamados estériles, que tienen la clave para entender la materia oscura, la expansión del universo y otros misterios, pero una nueva investigación señala la salida del laberinto.

Los neutrinos son partículas cuánticas misteriosas: tienen masa, pero muy pequeña y difícil de medir. Sorprenden porque la masa que contienen no está contemplada en el Modelo Estándar que describe el mundo subatómico.

Existen tres tipos o sabores de neutrinos: electrónico, muónico y tauónico, todos comprobados experimentalmente. Los científicos sospechan desde hace tiempo que debe haber un cuarto tipo, al que han llamado neutrino estéril, porque nunca interactuaría con nada que no fuera otro neutrino.

El neutrino estéril no se ha comprobado experimentalmente, pero los científicos han detectado en el pasado claros indicios de su presencia.

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Fiasco cuántico

Sin embargo, en 2013 se cuestionó la existencia de neutrinos estériles porque una investigación desarrollada en el Instituto Max Planck de Alemania sobre el universo temprano, no encontró rastro de ellos, tal como explica al respecto la revista Quanta.

Desde entonces se viene especulando con la posibilidad de que existan no uno estéril, sino múltiples neutrinos adicionales, que podrían interactuar entre ellos a través de sus propias fuerzas secretas, en un lugar del universo que todavía desconocemos.

Sector oscuro

Sería como un sector oscuro del mundo cuántico formado por partículas invisibles que tendrían entre sí complicadas relaciones, parecidas a las de otras partículas elementales, como los electrones y quarks, descritas en el Modelo Estándar, añade la citada revista.

Este sector oscuro tiene ya un modelo propio, propuesto por Janet Conrad, una física del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), y Carlos Argüelles-Delgado, físico de neutrinos de la Universidad de Harvard, que incluiría tres neutrinos pesados ​​de diferentes masas.

Incluso se ha especulado con que los neutrinos estériles pueden desintegrarse en un conjunto de partículas invisibles: confirmarían la existencia del sector oscuro, deducido como alternativa a la imposibilidad de localizar neutrinos estériles «íntegros».

Nueva decepción

Para terminar de complicar el panorama, las universidades de Yale y Chicago revelaron la semana pasada que cuatro análisis complementarios desarrollados por la colaboración internacional MicroBooNE, no habían encontrado tampoco rastros del neutrino estéril. Los resultados de estos experimentos están publicados en el repositorio arXiv.

Y no solo eso, los resultados de esta colaboración se alinean mejor con el Modelo Estándar de Física de Partículas, la mejor teoría de los científicos sobre cómo funciona el universo, destacan los investigadores en un comunicado.

Sin embargo, para los científicos no se trata de una decepción, sino de una constatación que consolida la idea de que un sector oscuro está interactuando desde la sombra con el complejo universo cuántico.

Susurros cuánticos

Quanta explica lo que están pensando los científicos: quieren aprovechar los susurros de los neutrinos conocidos para detectar al sector oscuro.

Eso es teóricamente posible porque el neutrino, por sí mismo, ya es una partícula oscura que puede interactuar con otras partículas imperceptibles que tienen que estar ahí, aunque todavía no sepamos cómo llegar a ellas.

Aunque los científicos están convencidos de la existencia de ese sector oscuro, en constante interacción con los neutrinos conocidos, no pueden asegurar que esa interacción sea suficiente para acceder a las partículas invisibles.

Salida del laberinto

Esta especulación centra en la actualidad uno de los debates críticos de la física de partículas, porque la eventual comprobación de algún indicio de neutrinos estériles, reflejados en las partículas invisibles que habrían surgido de su desintegración, cambiaría nuestra comprensión del universo y aclararía algunos de los misterios que más nos preocupan.

La salida de este laberinto sería particularmente importante para conocer mejor la materia oscura que rodea a todas las galaxias, así como para comprender por qué el Universo contiene más materia que antimateria.

Es decir, habríamos dado con el núcleo de la materia oscura, un tipo de materia que no es energía oscura, ni materia ordinaria, ni ninguno de los tres tipo de neutrinos conocidos, pero que ocupa alrededor del 80 por ciento de la materia del universo.

Candidatos históricos

La materia oscura no está integrada por las habituales partículas, como electrones, protones o electrones, por lo que se ha pensado que debe estar formada por una partícula no reconocida por el Modelo Estándar.

Los neutrinos estériles han sido los candidatos históricos para explicar la composición de la materia oscura, por lo que comprobar que están dominando el sector oscuro con partículas invisibles que son sus descendientes directos, permitiría explicar también por qué el universo está en una expansión incomprensible.

Referencias

Search for an Excess of Electron Neutrino Interactions in MicroBooNE Using Multiple Final State Topologies. MicroBooNE collaboration. arXiv:2110.14054v1 [hep-ex]

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. MicroBooNE collaboration. arXiv:2110.00409v1 [hep-ex]

Imagen superior: el detector de neutrinos IceCube detecta neutrinos energéticos que resuenan a través del hielo situado debajo del Polo Sur. Crédito: IceCube.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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