Recientemente un equipo de científicos han obtenido la evidencia más contundente hasta ahora de los llamados «sterile neutrinos» («neutrinos estériles»), partículas misteriosas que atraviesan la materia sin interactuar con ella en absoluto.

El primer indicio de estas partículas elusivas apareció hace décadas. Pero después de años de búsquedas dedicadas, los científicos no han podido encontrar ninguna otra evidencia de ellos, con muchos experimentos que contradicen esos viejos resultados. Estos nuevos resultados ahora dejan a los científicos con dos experimentos robustos que parecen demostrar la existencia de neutrinos estériles, incluso cuando otros experimentos siguen sugiriendo que los neutrinos estériles no existen en absoluto.

Eso significa que está sucediendo algo extraño en el universo que está haciendo que los experimentos de física más avanzados de la humanidad se contradigan entre sí.

Neutrinos estériles

Ya a mediados de la década de 1990, el detector de Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND), un experimento en Los Alamos National Laboratory en Nuevo México, encontró evidencia de una nueva partícula misteriosa: un «neutrino estéril» que puede atravesar la materia sin interactuar con ella. Pero ese resultado no pudo ser replicado; otros experimentos simplemente no pudieron encontrar ningún rastro de la partícula oculta. Entonces el resultado fue dejado de lado.

Ahora, MiniBooNE – un experimento de seguimiento en Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), ubicado cerca de Chicago – ha recuperado el aroma de la partícula escondida de nuevo. Un nuevo documento publicado en el servidor de preimpresión arXiv ofrece una cantidad lo suficientemente convincente de los neutrinos que faltan para que los físicos se sienten y se den cuenta.

Kate Scholberg, física de partículas de la Duke University que no participó en el experimento, dijo en un comunicado:

Si los nuevos resultados de MiniBooNE se mantienen, eso sería enorme, eso está más allá del modelo estándar, eso requeriría nuevas partículas […] y un marco analítico completamente nuevo”.

El Standard Model of physics ha dominado la comprensión de los científicos del universo durante más de medio siglo. Se trata de una lista de partículas que, juntas, contribuyen en gran medida a explicar cómo la materia y la energía interactúan en el cosmos. Algunas de estas partículas, como los quarks y los electrones, son bastante fáciles de imaginar: son los bloques de construcción de los átomos que componen todo lo que tocamos con nuestras manos. Otros, como los tres neutrinos conocidos, son más abstractos: son partículas de alta energía que fluyen a través del universo, apenas interactuando con otra materia. Miles de millones de neutrinos del Sol pasan a través de la punta de su dedo cada segundo, pero es muy poco probable que tengan un impacto en las partículas de su cuerpo.

La instalación para el experimento IceCube, que se encuentra bajo casi 1.6 kilómetros de hielo en la Antártida. IceCube sugiere que los neutrinos fantasmales no existen, pero un nuevo experimento dice que sí. Crédito: Courtesy of IceCube Neutrino Observatory

Los neutrinos de electrones, muones y tau, los tres «sabores» conocidos, sí interactúan con la materia, a través de la fuerza débil (una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo) y la gravedad. (Sus gemelos antimateria a veces también interactúan con la materia.) Eso significa que los detectores especializados pueden encontrarlos, siendo emitidas desde el sol y desde ciertas fuentes humanas, como las reacciones nucleares. Pero el experimento LSND, proporcionó la primera evidencia firme de que lo que los humanos podrían detectar podría no ser el cuadro completo, dijo Scholberg.

A medida que las ondas de neutrinos fluyen a través del espacio, «oscilan» periódicamente, saltando de un «sabor» a otro, explicó. Tanto LSND como MiniBooNE implican disparar haces de neutrinos a un detector escondido detrás de un aislador para bloquear todas las demás radiaciones. (En LSND, el aislador era agua, en MiniBooNE, es una cuba de aceite). Y cuentan cuidadosamente cuántos neutrinos de cada tipo golpean al detector.

The new data from MiniBooNE confirms that this tension in the data is real. This data can (to my best knowledge) NOT be fitted with the standard framework. It requires either new particles (sterile neutrinos) or some kind of symmetry violation. 4/6

— Sabine Hossenfelder (@skdh) 31 de mayo de 2018

Ambos experimentos han informado ahora de más detecciones de neutrinos que las descripciones de la oscilación de neutrinos del modelo estándar pueden explicar los autores que escribieron en el documento. Eso sugiere, escribieron, que los neutrinos están oscilando en neutrinos ocultos, más pesados ​​y «estériles» que el detector no puede detectar directamente antes de oscilar de vuelta al dominio detectable . El resultado MiniBooNE tuvo una desviación estándar medida a 4.8 sigma, apenas por debajo del umbral 5.0 que buscan los físicos. (Un resultado de 5 sigma tiene una probabilidad de 1 en 3.5 millones de ser el resultado de fluctuaciones aleatorias en los datos.) Los investigadores escribieron que MiniBooNE y LSND combinados representan un resultado de 6.1 sigma (es decir, más de uno en 500 millones de probabilidades de ser un golpe de suerte), aunque algunos investigadores expresaron un grado de escepticismo sobre ese reclamo.

Si LSND y MiniBooNE fueran los únicos experimentos de neutrinos en la Tierra, dijo Scholberg, ese sería el final del asunto. El Standard Model se actualizaría para incluir algún tipo de neutrino estéril.

Pero hay un problema. Otros experimentos importantes de neutrinos, como el experimento Oscillation Project with Emulsion-Tracking Apparatus en Suiza, no han encontrado la anomalía que LSND y MiniBooNE ya han visto.

Tan recientemente como en 2017, después de que el IceCube Neutrino Observatory en la Antártida no pudo encontrar evidencia de neutrinos estériles, los investigadores argumentaron en Live Science que otra señal informada de las partículas (falta de antineutrinos alrededor de los reactores nucleares) había sido un error, y en realidadera el resultado de malos cálculos.

Los neutrinos estériles no fueron una idea rechazada, dijo Scholberg, pero no fueron aceptados por la ciencia.

El resultado MiniBooNE complica la imagen de la partícula.

Scholberg agregó:

Hay personas que dudan del resultado, pero no hay motivo para pensar que haya algo malo [en el experimento en sí]”.

Es posible, dijo, que la anomalía en los experimentos LSND y MiniBooNE pueda ser «sistemática», lo que significa que hay algo sobre la forma en que los neutrinos interactúan con la configuración experimental que los científicos aún no entienden. Pero también parece cada vez más posible que los científicos tengan que explicar por qué tantos otros experimentos no detectan neutrinos estériles muy reales que están apareciendo en Fermilab y Los Alamos Lab. Y si ese es el caso, tendrán que revisar toda su comprensión del universo en el proceso.

El estudio científico ha sido publicado en el servidor de pre-impresión arXiv.org.

Fuente: Live Science