Nuevas pruebas apuntan a que la materia y la antimateria se comporten de forma diferente

Un sorprendente descubrimiento sobre los neutrinos podría obligar a los científicos a replantearse las bases de la física de partículas.

Los neutrinos, partículas elementales generadas por reacciones nucleares en el sol, sufren de una crisis de identidad a cruzar el universo, pasando por tres “sabores” diferentes. Sus homólogos de la antimateria (que son idénticos en masa pero opuestos en carga y espín) hacen lo mismo.

Un equipo de físicos entre los que se encontraban varios científicos del MIT ha descubierto sorprendentes diferencias entre el comportamiento al cambiar de sabor de los neutrinos con respecto a los antineutrinos. Si se confirma, el descubrimiento podría explicar por qué la materia, y no la antimateria, domina el universo.

Un gráfico de los neutrinos realizado por MiniBooNE. Crédito: Fermilab.

“La gente está muy emocionada con esto porque sugiere que hay diferencias entre los neutrinos y los antineutrinos”, comentó Georgia Karagiorgi, estudiante del MIT y una de las líderes del análisis de datos experimentales que se produjeron en el Booster Neutrino Experiment (MiniBoonE) en el acelerador del Laboratoro Nacional Fermi.

El nuevo resultado, anunciado en junio y enviado a la revista Physical Review Letters, parece corresponder a una de las primeras violaciones de la simetría CP: la teoría que dice que la materia y la antimateria deberían de comportarse de la misma manera. La violación de la simetría CP se vio anteriormente en quarks, otro tipo de partícula elemental que se presenta en protones y neutrones, pero nunca en neutrinos o en electrones.

El descubrimiento podría también forzar a los físicos a revisar el Modelo Estándar, que cataloga todas las partículas conocidas que constituyen la materia. El modelo ahora postula sólo tres sabores del neutrino, pero un cuarto (o un quinto o un sexto) pueden ser necesarios para explicar los nuevos resultados.

“Si esto se demostrase, tendría implicaciones enormes para la física de partículas”, comentó John Learned, profesor de la Universidad de Hawaii, quien no tomó parte en la investigación.

Por el momento, los investigadores tienen datos suficientes para presentar sus resultados para presentarlo con un nivel de seguridad justo por debajo del 99.7% (llamado 3 sigma), que no es suficiente como para asegurar un descubrimiento. Para llegar a ese nivel, se necesita 5 sigma (99.99994%). “La comunidad demandará, con todo el derecho, unos resultados 5 sigma”.

Oscilaciones inesperadas

Desde los años 60, los físicos han estado obteniendo pruebas de que los neutrinos pueden cambiar, o oscilar, entre tres sabores diferentes, cada uno con una masa diferente. Sin embargo, no han podido descartar aun la posibilidad de que haya más sabores.

En un intento de ayudar a limitar el número de neutrinos, los físicos de MiniBooNE enviaron haces de neutrinos o antineutrinos a un túnel de 500 metros, al final del cual hay un tanque de un 1000 metros cúbicos de aceite, los rastros de energía que deja tras de sí permiten a los físicos identificar qué sabor de neutrino tomó parte en la colisión. Los neutrinos, que no tienen carga, no suelen interactuar con otra materia, así que esas colisiones son extrañas.

MiniBooNE fue construido en 2002 para confirmar o refutar el descubrimiento controvertido que se obtuvo en un experimento en el Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) de Los Alamos. En 1990, el LSND informó de la aparición de un número mayor del esperado de antineutrinos que parecían oscilar a distancias relativamente cortas, lo que sugiere la existencia de un cuarto tipo de neutrino, llamado “neutrino estéril”.

En 2007, los investigadores de MiniBooNE anunciaron que sus experimentos con neutrinos no produjeron oscilaciones similares a las del LSND. En aquel momento, asumieron que pasaría lo mismo con los antineutrinos. “En 2007, te habría dicho que podías descartar LSND”, dijo el profesor del MIT Janet Conrad, uno de los autores del nuevo artículo.

MiniBooNE luego pasó al modo antineutrino y recopiló datos los tres años siguientes. El equipo de investigación no analizó ningún dato hasta principios de este año, cuando les sorprendió encontrar más oscilaciones de las esperadas para sólo tres sabores de neutrinos -el mismo resultado que el LSND.

Los físicos teóricos ya están publicando artículos online con teorías sobre los nuevos resultados. Sin embargo, “no hay una clara e inmediata explicación”, comentó Karsten Heeger, una física de neutrinos de la Univerisdad de Wisconsin. “Para estar seguros necesitamos más datos del MiniBooNE, y luego tenemos que hacer los test experimentales de forma diferente”.

El equipo planea recopilar datos de antineutrinos durante los próximos 18 meses. Conrad también espera lanzar un nuevo experimento que podría utilizar un ciclotrón, un tipo de acelerador de partículas en el que estas viajan en círculos en vez de en una línea recta, para intentar confirmar o refutar los resultados de MiniBooNE.

Este artículo ha sido traducido de MIT News y publicado bajo licencia CC by-sa
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