Un estudio reciente publicado en
Nature combina los datos de dos experimentos importantes - NOvA en Estados Unidos y T2K en Japón - para observar con una precisión sin precedentes cómo los neutrinos, partículas capaces de atravesar casi toda la materia como si no existiera, cambian de identidad durante su viaje.
Estas partículas elementales existen en tres formas distintas: electrónica, muónica y tauónica, y su capacidad para transformarse de un tipo a otro intriga profundamente a los físicos. Esta metamorfosis, llamada oscilación de neutrinos, podría contener la clave para entender por qué nuestro Universo está compuesto principalmente de materia en lugar de antimateria.
El experimento NOvA propulsa un haz de neutrinos muónicos a través del suelo desde Illinois hacia Minnesota a lo largo de una distancia de 800 kilómetros, mientras que T2K envía sus neutrinos a través de las montañas japonesas. Estas trayectorias diferentes permiten a los científicos estudiar las oscilaciones bajo diversas condiciones energéticas y distancias. Zoya Vallari, física de la Universidad Estatal de Ohio, compara este fenómeno con un helado de chocolate que se transformaría continuamente en sabor menta y luego vainilla mientras caminamos por la calle.
Los investigadores buscan particularmente determinar si los neutrinos y sus antipartículas se comportan de manera diferente, un fenómeno llamado violación de la simetría Carga-Paridad. La confirmación de esta asimetría explicaría por qué la materia dominó a la antimateria después del Big Bang. Aunque los resultados actuales aún no proporcionan una respuesta definitiva, representan un avance significativo en nuestra comprensión de estas partículas fundamentales.
Esta colaboración entre equipos normalmente competidores demuestra la importancia de los desafíos. John Beacom, profesor en Ohio State, subraya que la complejidad de estos trabajos requiere la participación de cientos de investigadores. Los datos combinados de los dos experimentos ofrecen una perspectiva más completa que un solo estudio aislado, preparando el terreno para la futura generación de detectores de neutrinos actualmente en desarrollo.
Los físicos continuarán afinando sus análisis con nuevos datos, construyendo gradualmente los cimientos de los próximos descubrimientos que podrían revolucionar nuestra visión del Universo. Como recuerda Zoya Vallari, más allá de las aplicaciones tecnológicas, es la curiosidad humana de entender nuestros orígenes y nuestro lugar en el cosmos lo que motiva estas investigaciones ambiciosas.
La oscilación de los neutrinos
La oscilación de los neutrinos designa la capacidad asombrosa de estas partículas para cambiar de tipo durante su desplazamiento. Este fenómeno cuántico implica que los neutrinos no poseen una masa claramente definida sino que existen en un estado de superposición de sus tres "sabores".
El descubrimiento de esta propiedad valió el premio Nobel de física en 2015 y obligó a los científicos a revisar el Modelo Estándar de la física de partículas. Las oscilaciones se producen porque los estados de sabor y los estados de masa de los neutrinos no coinciden perfectamente.
Este mecanismo explica por qué detectamos menos neutrinos emitidos por el Sol de lo esperado - algunos se han transformado en tipos indetectables durante su viaje desde el Sol. El estudio preciso de los parámetros de oscilación permite medir las diferencias de masa entre los tres tipos de neutrinos.
La comprensión detallada de estas oscilaciones abre el camino a nuevas físicas más allá del Modelo Estándar actual, potencialmente reveladoras de simetrías fundamentales del Universo.
La violación CP en los neutrinos
La violación de la simetría Carga-Paridad (violación CP) representa una de las búsquedas más importantes de la física moderna. Este fenómeno se produce cuando las leyes físicas tratan de manera diferente a las partículas y sus antipartículas.
En los neutrinos, la violación CP se manifestaría si las oscilaciones de los neutrinos y los antineutrinos siguieran probabilidades diferentes. Esta asimetría podría explicar el desequilibrio materia-antimateria observado en el Universo.
El Big Bang debería haber producido cantidades iguales de materia y antimateria, que deberían haberse aniquilado mutuamente. La existencia de nuestro Universo hecho de materia sugiere que un mecanismo eliminó la antimateria, y los neutrinos podrían ser los actores principales.
La detección definitiva de la violación CP en los neutrinos requerirá experimentos aún más precisos, como los previstos con los futuros detectores de nueva generación actualmente en construcción en varios países.
Fuente: Nature