Vamos por partes. La energía oscura forma dos tercios del universo. A eso le sumamos que cerca de 100 billones de neutrinos pasan a través de nuestro cuerpo cada segundo de forma completamente inofensiva. La suma de estos dos eventos podría, según muchos científicos, explicar uno de los mayores misterios de la física.

Los neutrinos se encuentran entre las partículas más extrañas conocidas, sin embargo, a pesar de su invisibilidad, encierran un misterio que ha desvelado a los físicos: ¿de dónde proviene su diminuta e imperceptible masa?

Durante años se especuló que los neutrinos obtenían sus diminutas masas al interactuar con materia oscura ultraligera. En un estudio reciente, publicado en Physical Review Letters, un equipo de científicos ha puesto a prueba esta idea con datos del mundo real.

Los autores, liderados por Andrew Cheek comenzaron su estudio con una teoría simple. ¿Si los neutrinos obtienen su masa al interactuar con un tipo de materia oscura compuesta por partículas extremadamente ligeras, inferiores a 10 electronvoltios (un electrón pesa aproximadamente 511.000 eV)? Estas partículas ligeras, probablemente bosones, podrían actuar como ondas suaves que oscilan en el espacio, afectando el comportamiento de los neutrinos que pasan.

Para comprobarlo, el equipo de Cheek construyó un modelo teórico que explicaba cómo se comportarían los neutrinos si interactuaran con dicha materia oscura ultraligera. Según su modelo, el campo de materia oscura influiría en los neutrinos principalmente de dos modos.

En primer lugar, se producirían cambios temporales, donde el campo de materia oscura, comportándose como una onda lenta, causaría pequeños cambios en la masa del neutrino a lo largo del tiempo. Esto depende de la frecuencia de la onda, que está ligada a la masa de las partículas de materia oscura.

En el segundo caso, los efectos espaciales, la ubicación de los detectores de neutrinos en la Tierra, la posición del Sol y el movimiento del planeta en el espacio influyen en la interacción del neutrino con el campo oscilante de materia oscura.

Estos factores, señala el estudio, modificarían ligeramente las probabilidades de oscilación de los neutrinos de un tipo a otro (por ejemplo, de un neutrino electrónico a un neutrino muónico). Posteriormente, compararon sus predicciones con datos reales del experimento KamLAND en Japón, un detector de neutrinos que ha recopilado años de mediciones precisas de fuentes naturales y artificiales.

Mediante simulaciones y comparando las señales teóricas con las observaciones de KamLAND, el equipo buscó cualquier indicio que coincidiera con los patrones esperados de un origen de masa influenciado por la materia oscura. También contrastaron este enfoque utilizando otros experimentos de neutrinos, incluyendo aquellos que miden neutrinos solares y oscilaciones de línea de base corta y larga (experimentos que rastrean neutrinos a diversas distancias).

“Desarrollamos un marco en el que la pequeña masa de los neutrinos resulta de su interacción con el sector oscuro, y luego comprobamos rigurosamente si dicha conexión puede detectarse utilizando datos de neutrinos existentes, incluyendo experimentos de oscilación de neutrinos de línea base corta y larga, y mediciones de neutrinos solares - explicó Luca Visinelli, coautor del estudio -. Nuestros resultados sugieren que dicho origen en el sector oscuro para las masas de los neutrinos no está respaldado por los datos actuales”.

El problema es que esta conclusión ha profundizado aún más el misterio de los neutrinos. Ahora, es mucho más probable que las masas de los neutrinos tengan un origen que no podemos explicar, sea porque no hemos descubierto la ciencia detrás o porque estamos ante una física diferente.

La teoría anterior que vinculaba la masa de los neutrinos con la materia oscura dio a los científicos la esperanza de que el descubrimiento de la materia oscura ultraligera también resolvería el misterio de la masa de los neutrinos. Sin embargo, las conclusiones descartan esta idea y sugieren que, de existir tales interacciones, ya deberían haber dejado huellas detectables en los datos de oscilación, y no es así.