Loris Scola – CEA
Los neutrinos son probablemente las partículas más extrañas que conocemos. Son mucho, mucho más ligeras que cualquier otra partícula con masa y solo interactúan con otra materia a través de la fuerza débil, lo que significa que casi nunca interactúan con nada. Se han identificado tres tipos (o sabores) de neutrinos, y ninguna partícula individual tiene una identidad fija. En cambio, puede verse como una superposición cuántica de los tres sabores y oscilará entre estas identidades.
Como si todo eso no fuera suficiente, un conjunto de extrañas mediciones ha sugerido que podría haber un cuarto tipo de neutrino que ni siquiera interactúa a través de la fuerza débil, por lo que es imposible de detectar. Estos «neutrinos estériles» podrían explicar potencialmente las diminutas masas de los otros neutrinos, así como la existencia de materia oscura, pero todo el asunto de «imposibilidad de detectar» hace que sea difícil abordar su existencia directamente.
Los indicios más fuertes de su presencia provienen de resultados de mediciones extrañas en experimentos con otros tipos de neutrinos. Pero un nuevo estudio descarta los neutrinos estériles como explicación de una de estas rarezas, incluso al tiempo que confirma que los resultados anómalos son reales.
Detectando lo indetectable
Podemos detectar la existencia de partículas de dos maneras: interactúan directamente con otra materia o se descomponen en una o más partículas que lo hacen. Eso es lo que hace que los neutrinos estériles sean indetectables. Son partículas fundamentales y no deberían descomponerse en nada. Además, solo interactúan con otra materia a través de la gravedad, y sus bajas masas hacen que la detección a través de esta ruta sea imposible.
En cambio, podemos detectarlos potencialmente a través de las oscilaciones de los neutrinos. Puede configurar un experimento que produzca un tipo específico de neutrinos a una velocidad conocida y luego intentar detectar esos neutrinos. Si hay neutrinos estériles, algunos de los neutrinos que produjo oscilarán en esa identidad y, por lo tanto, pasarán desapercibidos. Entonces terminas midiendo menos neutrinos de lo que esperabas.
Eso es exactamente lo que ha estado sucediendo en los reactores nucleares. Uno de los productos de la desintegración radiactiva (que es impulsada por la fuerza débil) es un neutrino, por lo que los reactores nucleares producen grandes cantidades de estas partículas. Sin embargo, las mediciones con detectores colocados cerca detectaron alrededor de un 6 por ciento menos de neutrinos de lo esperado. Una rápida oscilación en neutrinos estériles podría explicar esa discrepancia.
Pero estos experimentos son realmente difíciles. Los neutrinos interactúan con los detectores tan raramente que solo se registra una pequeña fracción de los producidos. Y los reactores nucleares son entornos increíblemente complejos. Incluso si comienza con una muestra pura de un solo isótopo radiactivo, la descomposición rápidamente convierte las cosas en una mezcla complicada de nuevos elementos, algunos radiactivos y otros no. Los neutrones liberados también pueden convertir el equipo del reactor en nuevos isótopos que pueden ser radiactivos. Por lo tanto, es difícil saber exactamente cuántos neutrinos está produciendo para empezar y la fracción exacta de los que produce que serán registrados por su detector.
Por todas esas razones, es difícil estar seguro de que cualquier anomalía en las mediciones de neutrinos sea real. Los físicos tienden a adoptar una actitud de esperar y ver las indicaciones de que algo extraño está sucediendo.