Los físicos del experimento CMS del CERN están decididos a encontrar unas partículas muy especiales: los neutrinos estériles. Por el momento su existencia es tan solo hipotética, pero los científicos del mayor laboratorio de física de partículas del planeta tienen buenos motivos para creer que acabarán dando con ellos. No obstante, antes de indagar en sus propiedades y descubrir por qué son tan interesantes merece la pena que repasemos brevemente algunas ideas.
Los neutrinos son las partículas más esquivas de la naturaleza. Fueron descritos por primera vez desde un punto de vista teórico en la década de los años 30 por Wolfgang Pauli, uno de los padres de la física cuántica (le debemos, entre otras aportaciones, el principio de exclusión que explica por qué las estrellas de neutrones se mantienen en equilibrio). Sin embargo, su descubrimiento experimental se produjo dos décadas y media más tarde, a mediados de los años 50.
Hay una razón contundente que explica por qué estas partículas son tan difíciles de detectar: apenas interaccionan con la materia ordinaria. Además, su masa es pequeñísima, su carga eléctrica es neutra y no se ven influenciados por la interacción nuclear fuerte ni por la fuerza electromagnética, aunque sí por la gravedad y la interacción nuclear débil. No cabe duda de que son unas partículas muy especiales y escurridizas, por lo que los investigadores se han visto obligados a poner a punto estrategias muy ingeniosas para dar con ellas.
Los neutrinos estériles pueden explicar tres grandes misterios de la física
Los científicos suelen ilustrar lo difícil que es capturar un neutrino explicando que cada segundo varios trillones de estas partículas atraviesan tanto la Tierra como a nosotros sin colisionar con ninguna otra partícula. También se puede describir esta idea recurriendo a la mecánica cuántica, que asegura que sería necesario fabricar una plancha de plomo con un espesor de un año luz para conseguir que la mitad de los neutrinos que la atraviesan colisione con las partículas del bloque de plomo.
Los neutrinos estériles son leptones de vida larga, por lo que son capaces de recorrer varios metros de distancia dentro del detector CMS antes de desintegrarse
Afortunadamente el ingenio de los investigadores no tiene límite, por lo que han logrado poner a punto observatorios diseñados específicamente para capturar neutrinos. El más imponente de todos ellos es el Super-Kamiokande japonés, una mole alojada en Hida, una ciudad ubicada en el área central de Honshu, la mayor isla del archipiélago nipón. El detector CMS del CERN no ha sido ideado expresamente para estudiar los neutrinos, pero los físicos que trabajan en este experimento han encontrado soluciones creativas con las que esperan dar con ellos.
Los neutrinos estériles son leptones de vida larga, por lo que son capaces de recorrer varios metros de distancia dentro del detector CMS antes de desintegrarse. El análisis de los investigadores de este laboratorio sostiene que es posible producirlos como producto de la desintegración de un bosón W resultante de la colisión de dos protones, por lo que su estrategia a grandes rasgos consiste, precisamente, en seguir la pista muy de cerca a este bosón.
Ya conocemos con cierto detalle por qué los neutrinos son tan interesantes, pero todavía no hemos indagado en lo más sorprendente: las tres respuestas que los científicos esperan obtener gracias al conocimiento que presumiblemente les entregarán los neutrinos estériles. La primera de ellas consiste en que estas partículas podrían explicar por qué la masa de los neutrinos es tan pequeña gracias a un mecanismo conocido como 'see-saw'. En este artículo no nos interesa sumergirnos en este fenómeno para no complicarlo demasiado, pero los físicos del CERN lo explican minuciosamente en esta publicación.
He dejado expresamente lo mejor para el final. Y es que los neutrinos estériles también podrían resultar muy útiles para explicar la asimetría materia-antimateria del universo, así como la naturaleza de la materia oscura. Ahí es nada. Estas son dos de las preguntas más inquietantes que se hacen los físicos desde hace décadas, y cabe la posibilidad de que estas dos respuestas no estén demasiado lejos. Crucemos los dedos. De algo podemos estar seguros: el esfuerzo y la inversión que se están realizando en esta disciplina merecen mucho la pena.
Imagen de portada: CERN
Más información: CERN
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