Experimentos de neutrinos siembran las semillas de una posible revolución

Los neutrinos son las grandes «nadas» de la física subatómica. Casi sin masa, y sin carga eléctrica, estas partículas fantasmales interactúan tan débilmente con otros tipos de materia que más de 50 billones (50 x 1012) de ellos pasan sin obstáculos a través del cuerpo de una persona cada segundo

Sin embargo, recientes hallazgos preliminares en dos experimentos indican que los neutrinos pueden abrir una ventana a un mundo oculto de partículas y fuerzas subatómicas.

Los resultados de ambos experimentos tienen márgenes de error relativamente grandes, por lo que los resultados pueden llegar a ser variaciones estadísticas. Pero hasta ahora los resultados, anunciados el 14 de junio en la conferencia Neutrinos 2010 en Atenas, indican que los neutrinos y sus antipartículas homólogas, los antineutrinos, no son las imágenes espejo casi exactas uno del otro que la física actual suponía que eran.

Si se confirman, estas conclusiones «indican una dirección totalmente nueva en nuestro pensamiento» sobre las partículas subatómicas y el origen de la materia en el universo, dice el teórico Rabindra Mohapatra de la Universidad de Maryland en College Park.

Los nuevos resultados pueden ayudar a explicar un misterio de larga data: cómo es que el universo, que comenzó, se cree, con un equilibrio perfecto entre materia y antimateria, y que deberían haberse destruido entre sí por contacto, quedó dominado por la materia. Este desequilibrio ha llevado a la evolución de las galaxias, los planetas y la vida

Los nuevos hallazgos «pueden ser, incluso, indicación de una pequeño ruptura de la teoría de Einstein de la relatividad especial«, añade Mohapatra. «Esto podría alterar completamente la forma en que estamos haciendo física ahora».

Las teorías actuales de la física de partículas se basan en dos supuestos, señala Mohapatra. Todas las fuerzas conocidas surgen de la interacción con las partículas vecinas y todas obedecen a la teoría de la relatividad especial de Einstein, que sostiene que la velocidad de la luz y las leyes de la física son siempre las mismas independientemente de la velocidad de una partícula o su rotación. Para que sea verdad, las partículas y antipartículas —incluyendo los neutrinos y su antipartículas— debe tener la misma masa, dice.

Pero nuevas mediciones de un experimento denominado MINOS (por Main Injector Neutrino Oscillation Search) parecen oponerse a esta idea. Los tres tipos conocidos de neutrinos —neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico— actúan como los camaleones, transformándose de un tipo a otro a medida que viajan.

MINOS encontró que durante un viaje de 735 kilómetros entre el Laboratorio Fermilab hasta el Laboratorio Subterráneo Soudan en Minnesota, alrededor de un 37 por ciento de los antineutrinos muónicos desaparecieron —supuestamente transformándose en uno de los otros tipos de neutrinos— en comparación con sólo el 19 por ciento de los neutrinos muónicos, informa el portavoz de MINOS Robert Plunkett, del Fermilab.

Esta diferencia en la tasa de transformación sugiere una diferencia de masa entre los neutrinos y antineutrinos, aunque para confirmar la observación es necesario acumular más datos. Con la cantidad de datos publicados hasta ahora, hay una probabilidad del 5 por ciento de que los dos tipos de partículas pesen lo mismo.

«Una cosa está clara: si las masas son diferentes para los neutrinos y antineutrinos, entonces la simetría más sagrada de la teoría cuántica de campos, CPT (por carga, paridad y tiempo), se rompe en el sector de los neutrinos», dice Tom Weiler de la Universidad de Vanderbilt en Nashville.

Si las interacciones de las partículas son consideradas como una película, la simetría CPT exige que los sucesos físicos que ocurren durante el transcurso del espectáculo debe los mismos si la película se corre hacia adelante o hacia atrás (tiempo), es vista a través de un espejo (paridad) y es si es repoblada con cada partícula sustituida por una antipartícula (carga).

Si se rompe la CPT, entonces la piedra angular de la relatividad especial de Einstein se viola también, señala Weiler.

Para salvar la CPT y la teoría de Einstein —asumiendo que fuese necesario hacerlo— Ann Nelson de la Universidad de Washington en Seattle está a favor de la introducción de una nueva fuerza. «Es una idea menos radical que descartar la teoría de Einstein de la relatividad especial», señala. La fuerza que Nelson imagina dotaría a la materia con un nuevo tipo de carga que le permitiría interactuar de forma diferente con los neutrinos que con los antineutrinos.

En un estudio de menor escala basado en el Fermilab, en un experimento llamado MiniBooNE encontraron un tipo diferente de asimetría entre las partículas y antipartículas. A una distancia de alrededor de medio kilómetro, los antineutrinos muónicos se transformaron en antineutrinos electrónicos más a menudo que los neutrinos muónicos se transformaron en neutrinos electrónicos. Este resultado también requiere una diferencia de masa entre los neutrinos y antineutrinos, dice Mohapatra, aunque otros no están de acuerdo.

Hay una probabilidad de un 3 por ciento de que el hallazgo de MiniBooNE sea erróneo. Sin embargo, coincide con los resultados, tempranamente refutados, del experimento Liquid Scintillator Neutrino Detector, que funcionó en el Laboratorio Nacional Los Álamos en Nuevo México durante la década de los 90.

El tipo de asimetría entre las partículas y antipartículas que motró MiniBooNE se presenta en el modelo estándar de física de partículas, pero no es lo suficientemente grande como para dar cuenta de los nuevos resultados, señala Boris Kayser del Fermilab. Si los resultados se confirman, estos resultados pueden hacer necesario un cuarto tipo de neutrino no conocido antes, llamado estéril porque su interacción con la materia sería aún más débil que la de los otros tres.

Debido a que los neutrinos desempeñan un papel clave en la formación de los elementos en el universo primitivo y a que rigen la forma en que explotan las supernovas, un nuevo tipo de neutrino podría tener un efecto profundo en la cosmología y la astrofísica, dice Nelson. Con los experimentos actuales reuniendo más datos y con experimentos más recientes a punto de entrar en línea, pueden pasar sólo unos pocos años antes de que los físicos sepan si los resultados de MiniBooNE y MINOS son el comienzo de una revolución.

Fuente: Science News. Aportado por Eduardo J. Carletti

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