El experimento que revelaría las dimensiones ocultas del universo

Durante más de un siglo, los científicos se han centrado en un enigma físico vinculado a las dimensiones espaciales minúsculas y ocultas que pueden influir en la física de nuestro mundo tridimensional familiar. Sin embargo, a pesar de décadas de búsquedas experimentales, aún no ha habido evidencia concreta de estas dimensiones adicionales.

Ahora, un estudio publicado en Journal of High Energy Particles, propone una forma de avanzar en esta búsqueda: usar el Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos (DUNE, por sus siglas en inglés) para investigar estas dimensiones ocultas a través del comportamiento de los neutrinos.

Los neutrinos se encuentran entre las partículas más esquivas del universo, lo que les valió el apodo de "partículas fantasma". Hay tres tipos conocidos o "sabores" de neutrinos, cada uno con una masa miles de millones de veces menor que la de un electrón. Estas partículas son reconocidas por su capacidad de transformarse u oscilar en los diferentes sabores a medida que viajan a través del espacio, incluso sin interactuar con otras partículas.

DUNE es un próximo experimento de oscilación de neutrinos con sede en Illinois y Dakota del Sur. “En este experimento, los neutrinos son generados por un acelerador de partículas en Fermilab, recorren una distancia de 1.300 kilómetros y se observan utilizando un detector subterráneo masivo en Dakota del Sur”, explica Mehedi Masud, profesor de la Universidad Chung-Ang en Corea del Sur y coautor del estudio. Si tenemos en cuenta que el acelerador de partículas más conocido, en el CERN, tiene "apenas" 27 kilómetros, las dimensiones de DUNE, son enormes.

En el recorrido, se espera que algunas de estas partículas se transformen en los otros dos sabores: neutrinos electrónicos y neutrinos tau. Al observar cómo evolucionan los diferentes sabores durante su viaje, los científicos de DUNE esperan comprender cuestiones fundamentales en la física de los neutrinos y su papel en la creación del desequilibrio materia-antimateria en el universo.

El estudio propone que el enigmático comportamiento de los neutrinos podría explicarse si, además de las tres dimensiones familiares del espacio, existen dimensiones espaciales adicionales en la escala de los micrómetros (millonésimas de metro). Aunque diminutas para los estándares cotidianos, estas dimensiones son notablemente grandes en comparación con las escalas femtómetros (una cuatrillónésima de metro) típicas de las partículas subatómicas.

“La teoría de las grandes dimensiones adicionales, propuesta por primera vez por Arkani-Hamed, Dimopoulos y Dvali en 1998, sugiere que nuestro espacio tridimensional familiar está incrustado dentro de un marco de cuatro o más dimensiones - añade Masud -. La motivación principal de esta teoría es abordar por qué la gravedad es mucho más débil que las otras fuerzas fundamentales de la naturaleza. Además, la teoría de grandes dimensiones adicionales ofrece una posible explicación del origen de las diminutas masas de los neutrinos, un fenómeno que sigue sin explicarse dentro del Modelo Estándar de la física de partículas".

Si existen dimensiones adicionales, podrían alterar sutilmente las probabilidades de oscilación de los neutrinos de maneras detectables por DUNE, según los autores del estudio. El estudio también sugiere que el experimento DUNE será capaz de detectar una dimensión extra si su tamaño es de alrededor de medio micrón (una millonésima parte de un metro). DUNE está actualmente en construcción y se espera que comience a recopilar datos alrededor de 2030.