Los físicos están cada vez más cerca de pesar su particular fantasma

Hubo un momento en que pensamos que los objetos eran continuos, divisibles hasta el infinito, tan sólidos en sus entresijos como lo parecen a gran escala. Sin embargo, el atomismo filosófico de Leucipo y Demócrito fue resucitado por la física moderna y la idea del átomo resultó ser, no solo fértil, sino totalmente cierta. Resultó que la materia estaba compuesta de pequeños objetos teóricamente indivisibles. De hecho, habría sido el final de nuestro viaje hacia los constituyentes fundamentales de la realidad si no fuera que, después de todo, no era tan indivisible como parecía. Los átomos, en realidad tienen un núcleo formado por partículas menores, los protones, con masa y carga eléctrica positiva, y los neutrones, sin carga, pero con masa. Orbitando en torno a ellos, a distancias descomunales y separados por el vacío, había otras partículas llamadas electrones, con una masa casi despreciable, pero carga eléctrica negativa que contrarrestaba la del núcleo. Resulta que el átomo estaba mayormente vacío, acotado por los electrones y con la diminuta guinda central del núcleo atómico. Pero ese no era el final del viaje.

Las nuevas teorías físicas nos permitieron comprender que, en realidad, neutrones y protones eran divisibles en partículas todavía más pequeñas, quarks de distintos tipos (dos quarks up y uno down hacían un protón, dos down y un up constituían el neutrón). Poco a poco, el zoológico de partículas fue aumentando hasta volverse abrumador, al fotón que componía la luz, los quarks (seis diferentes), el electrón, se sumaron el muón, la partícula tau, el gluón, el fotón, los bosones W, Z y el de Higgs y, aunque no por ese orden, los tres neutrinos. Esto es lo que nos dice el modelo estándar de la física cuántica y lo que ha podido comprobarse en la práctica, son las partículas subatómicas que componen la realidad y, aunque cada una tiene su peculiaridad, una de las más misteriosas son los neutrinos, las partículas fantasmas, tan escurridizas como intrigantes. Pues bien, una de las mayores preguntas que nos hacemos sobre ellos es acerca de su masa, porque, aunque son increíblemente ligeros, algo sí que pesan. Y, ahora, un nuevo estudio ha conseguido acercarse a su masa más de lo que nunca habíamos logrado.

Pesar a un fantasma

Cuando decimos que el neutrino es extraño lo decimos a conciencia, su masa es tan mínima que puede viajar más rápido que la luz a través del agua (aunque no en el vacío). Y, a pesar de ello, sabemos que no es nula, que tener tiene masa. Los motivos que nos han llevado a sospecharlo son complejos, pero dejémoslo en que conocemos tres generaciones de neutrinos, que es como se llama a sus distintos tipos: el neutrino electrónico, el neutrino muónico y el neutrino tauónico. Entre dos generaciones de una misma partícula solo cambia la masa y, consecuentemente, su estabilidad. Algo así ocurre entre el electrón, el más pesado e inestable muón y la muy efímera y másica partícula tau. Análogamente, el neutrino tauónico sería el más pesado de los tres, aunque menos frecuente por su inestabilidad, el neutrino electrónico sería el más ligero y estable y el neutrino muónico estaría en un punto medio.

Sin embargo, que sepamos que existen y que su masa ha de ser diferente entre sí, no significa que la hayamos podido medir con precisión. Por ahora, lo que la física puede ofrecer es un límite superior para su masa, un valor por debajo del cual tiene que estar la respuesta correcta. La gran novedad está en que un estudio acaba de conseguir reducir esa cota de forma significativa, pasando la barrera del electronvoltio, que es la unidad de medida en la que se determina su masa. Dicho de otro modo, hasta ahora las cotas habían estado todas por encima de 1 electronvoltio, mientras que la nueva estimación indica que el neutrino electrónico debe tener una masa menor que 0,8 electronvoltios.

La medida del experimento internacional KATRIN, del Instituto Tecnológico de Karlsruhe, ha requerido un artilugio de 70 metros de largo, capaz de determinar la distribución de los electrones liberados al desintegrar un tipo de hidrógeno (el tritio). A partir de esta información, han podido deducir la presencia de los neutrinos liberados por esa misma desintegración que, por su bajísima masa, apenas interactúan con nada y hay que intuirlos más que detectarlos directamente.

Aunque parezca poco importante, la masa del neutrino es una de esas piezas sin las cuales no podemos reconstruir el puzle de la realidad. Nuestra capacidad para comprender el universo (y beneficiarnos de ello a cualquier escala imaginable) dependerá de que podamos rellenar estos huecos en nuestro conocimiento. Y, aunque todavía no hemos sellado el agujero, parece más estrecho que nunca.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Aunque existen hipótesis sobre que los neutrinos podrían ser los constituyentes de la materia oscura, las sospechas están puestas en un tipo hipotético de neutrinos denominados estériles, cuyas masas alcanzan los kiloelectronvoltios.

REFERENCIAS (MLA):

• “Direct neutrino-mass measurement with sub-eV sensitivity” http://dx.doi.org/10.1038/s41567-021-01463-1