Unos neutrinos insólitos pueden abrirnos la puerta al lado oscuro

Los hipotéticos neutrinos estériles pueden ser detectados con sensores cuánticos y confirmar que son las partículas que forman la materia oscura, ha descubierto una investigación cuyos resultados se publican en la revista Physical Review Letters.

Los neutrinos son partículas subatómicas muy particulares: 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 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 claros indicios de su presencia y consideran que el Modelo Estándar debe ampliarse para dar cabida a su existencia.

El Modelo Estándar de la física de partículas es uno de los desarrollos más importantes de la ciencia, pero muchos científicos consideran que deben trascenderse sus límites actuales para desarrollar una descripción más completa del universo.

Neutrino estéril

Aunque el neutrino estéril es todavía una partícula hipotética, su eventual existencia tiene el potencial de revolucionar la Física: seguramente alumbraría otro Modelo Estándar más complejo que el actual.

Como no interactúan con la materia normal cuando se mueven por el espacio, los neutrinos estériles son difíciles de detectar, si bien el mes pasado un experimento del Fermilab obtuvo nuevas evidencias de que podrían realmente existir.

Según este resultado, que confirma un experimento anterior de los años noventa, algunos de los neutrinos muónicos medidos se convierten en neutrinos estériles antes de cambiar de identidad nuevamente a neutrinos electrónicos.

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Sensores cuánticos

Una nueva investigación, dirigida por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y la Escuela de Minas de Colorado (USA), propone una forma nueva de comprobar su existencia, tal como se informa en un comunicado.

Este estudio, dirigido por Stephan Friedrich, considera que se puede utilizar la desintegración nuclear en sensores cuánticos de alta velocidad para detectar neutrinos estériles.

El nuevo experimento utiliza átomos radiactivos de berilio-7 creados en las instalaciones del centro nacional de aceleración de partículas de Canadá (TRIUMF). El equipo de investigación implanta estos átomos en superconductores sensibles enfriados casi al cero absoluto.

Este experimento no busca partículas de materia oscura directamente. En cambio, mide la firma de los átomos producidos en ciertas desintegraciones radiactivas, que se verían afectadas por partículas de materia oscura de neutrinos estériles.

Este es un método experimental poderoso, ya que presupone la existencia de este nuevo tipo de partícula, y no solo el cómo esa partícula podría interactuar hipotéticamente con la materia normal. En este sentido, supone una innovación importante respecto a los métodos desarrollados hasta ahora para buscar neutrinos estériles.

Rozando la materia oscura

Si este sistema funciona, como todo parece indicar, no solo podríamos constatar la existencia de los neutrinos estériles, sino comprobar también que tienen suficiente masa para formar la materia oscura que rodea a las galaxias. Asimismo, pueden explicar 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.

La materia oscura se llama así no solo porque no emita, ni absorba ni refleje luz, ni tampoco ninguna otra forma de radiación, sino también porque no tiene carga electromagnética ni interactúa con otra forma de materia, salvo a través de la gravedad.

Su misterio aumenta al comprobar que 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 son los candidatos preferidos y ahora parece que estamos a punto de confirmar su existencia y de descubrir el mayor secreto de la materia oscura.

Referencia

Limits on the Existence of sub-MeV Sterile Neutrinos from the Decay of 7Be in Superconducting Quantum Sensors. S. Friedrich et al. Phys. Rev. Lett. 126, 021803, 13 January 2021. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.021803

Foto superior: Imagen compuesta del cúmulo de galaxias CL0024+17 tomada por el telescopio espacial Hubble que muestra la creación de un efecto de lente gravitacional. Se supone que este efecto se debe, en gran parte, a la interacción gravitatoria con la materia oscura. NASA, ESA, M.J. Jee and H. Ford (Johns Hopkins University).