Redacción
Los neutrinos son posiblemente las partículas elementales más fascinantes de nuestro universo. En cosmología desempeñan un papel importante en la formación de estructuras a gran escala, mientras que en la física de partículas su pequeñísima masa los hace muy peculiares, y un posible indicio de la existencia de fenómenos físicos más allá de la física hoy conocida. Una medición lo bastante precisa de la masa de los neutrinos es fundamental para desentrañar algunos de los enigmas más intrigantes de la física.
Lograr esa medición, o acercarse a ella tanto como sea posible, es el reto afrontado por el experimento internacional KATRIN, instalado en el Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT), en Alemania, y que constituye la “báscula” más sensible del mundo para los neutrinos. En este experimento trabajan instituciones de seis países.
KATRIN utiliza la desintegración beta del tritio, un isótopo inestable del hidrógeno, para determinar la masa del neutrino a través de la distribución energética de los electrones liberados en el proceso de desintegración. Esto requiere un gran esfuerzo tecnológico: La maquinaria principal del experimento, con un total de aproximadamente 70 metros de longitud, alberga la fuente de tritio más intensa del mundo, así como un espectrómetro gigante para medir las energías de los electrones de la desintegración con una precisión sin precedentes. Tras iniciar las mediciones científicas en 2019, la alta calidad de los datos ha mejorado continuamente en los últimos dos años.
El equipo, integrado entre otros por Guido Drexlin y Magnus Schlösser, del KIT, Christian Weinheimer, de la Universidad de Münster en Alemania, y Susanne Mertens, de la Universidad Técnica de Múnich en Alemania, ha comprobado que los datos experimentales del primer año de mediciones coinciden perfectamente con el modelado basado en una masa para el neutrino asombrosamente pequeña. En concreto, esto les ha permitido determinar un nuevo límite superior para la masa del neutrino: 0,8 electronvoltios (eV). Aunque es solo una aproximación, el grado de precisión es el mayor logrado hasta la fecha. De hecho, esta es la primera vez que un experimento directo sobre la masa de los neutrinos ha entrado en el rango de masas que está por debajo de 1 electronvoltio.
Se llevarán a cabo mediciones adicionales de la masa de los neutrinos hasta finales de 2024. Es previsible que se consigan niveles de precisión cada vez mayores.
A partir de 2025, KATRIN se embarcará en una búsqueda de neutrinos “estériles” con masas en el rango del kiloelectronvoltio (keV). Tales neutrinos estériles podrían constituir lo que se conoce como “materia oscura”.
La materia oscura es uno de los mayores misterios de la física moderna. Existe más materia oscura en el universo que materia visible, pero no refleja, absorbe o emite luz, lo que la hace invisible a efectos prácticos. Debido a ello, solo se sabe que existe a través de sus efectos gravitatorios sobre el universo visible. La naturaleza de la materia oscura es desconocida, aunque existen varias hipótesis sobre qué clase de materia podría ser. Una de estas hipótesis plantea que quizá se trata de neutrinos estériles.
El equipo de Drexlin expone los detalles de sus últimas mediciones en la revista académica Nature Physics, bajo el título de “Direct neutrino-mass measurement with sub-eV sensitivity”.
