Científicos descartan la existencia de un misterioso neutrino tras 10 años de estudio

Un equipo internacional de físicos, que incluyó a investigadores de Rutgers University, presentó resultados que desafiaron una idea establecida sobre un tipo de partícula misteriosa tras diez años de estudios. Este hallazgo, publicado en la revista Nature, provino del experimento MicroBooNE, realizado en el Laboratorio Nacional Fermi en Batavia, Illinois.

El experimento MicroBooNE, cuyo nombre significa "Micro Booster Neutrino Experiment", utilizó un gran detector de argón líquido y observaciones de dos haces de neutrinos diferentes. A través de un seguimiento cuidadoso del comportamiento de los neutrinos, los científicos lograron descartar la existencia de un neutrino estéril con un 95% de certeza.

Andrew Mastbaum, profesor asociado en el Departamento de Física y Astronomía de Rutgers y miembro del equipo de liderazgo de MicroBooNE, describió este hallazgo como un cambio significativo para el campo. "Este resultado generará ideas innovadoras en la investigación de neutrinos para entender lo que realmente está sucediendo", afirmó. "Podemos descartar un gran sospechoso, pero eso no resuelve del todo el misterio".

Los neutrinos son partículas extremadamente pequeñas que rara vez interactúan con la materia, pudiendo atravesar planetas enteros sin desacelerarse. Según el Modelo Estándar, que es el marco principal en la física de partículas, existen tres tipos conocidos de neutrinos: electrones, muones y tau. Estos pueden transformarse de un tipo a otro a través de un fenómeno conocido como oscilación.

Sin embargo, en experimentos anteriores, los científicos observaron comportamientos de neutrinos que no coincidían completamente con las predicciones del Modelo Estándar. Para explicar estos resultados, se sugirió la existencia de un cuarto tipo de neutrino, el neutrino estéril, que no interactuaría con la materia, excepto a través de la gravedad, lo que lo haría extremadamente difícil de detectar.

Para investigar esta hipótesis, el equipo de MicroBooNE midió neutrinos producidos por dos haces diferentes y analizó cómo cambiaron a medida que viajaban. Después de diez años de recopilación e interpretación de datos, los investigadores no encontraron evidencia que apoyara la hipótesis del neutrino estéril, lo que efectivamente cerró una de las explicaciones más discutidas sobre el comportamiento inusual de los neutrinos.

El trabajo de Mastbaum fue crucial en la guía de los esfuerzos de análisis del experimento, enfocándose en cómo las señales crudas del detector se convirtieron en conclusiones científicas significativas. También lideró esfuerzos para comprender lo que el equipo llama incertidumbres sistemáticas, que son posibles fuentes de error en las mediciones.

Estas incertidumbres incluyen cómo los neutrinos interactúan con los núcleos atómicos, el número exacto de neutrinos en el haz y cómo el propio detector responde a las partículas entrantes. Tener en cuenta estos factores es esencial para extraer conclusiones firmes de los datos.

Los estudiantes de posgrado de Rutgers también contribuyeron al proyecto. Panagiotis Englezos, un estudiante de doctorado en el Departamento de Física y Astronomía, trabajó en el equipo de gestión de datos de MicroBooNE, ayudando a procesar datos experimentales y crear simulaciones que respaldaron el análisis. Keng Lin, otro estudiante de doctorado, se centró en validar el flujo de neutrinos del haz NuMI (Neutrinos del Main Injector) de Fermilab, que fue una de las dos fuentes de neutrinos utilizadas en el estudio.

Según Mastbaum, este hallazgo es significativo porque elimina un candidato importante para nuevas teorías más allá del Modelo Estándar. Aunque el Modelo Estándar ha sido muy exitoso, no explica fenómenos como la materia oscura, la energía oscura o la gravedad. Los investigadores continúan buscando pistas que apunten más allá del modelo, y eliminar una posibilidad ayuda a reducir el campo.

Los científicos de Rutgers también ayudaron a avanzar en los métodos para medir cómo los neutrinos interactúan en argón líquido. Estas técnicas mejoradas beneficiarán proyectos futuros, incluido el Experimento de Neutrinos de Profundidad Subterránea (DUNE).

"Con un modelado cuidadoso y enfoques de análisis ingeniosos, el equipo de MicroBooNE ha extraído una cantidad increíble de información de este detector", concluyó Mastbaum. "Con la próxima generación de experimentos, como DUNE, ya estamos utilizando estas técnicas para abordar preguntas aún más fundamentales sobre la naturaleza de la materia y la existencia del universo".

Temas