Las implicaciones de las partículas fantasma en el universo

Para los físicos, estudiar neutrinos es probablemente lo más parecido a estudiar fantasmas. Estas partículas elementales vuelan por el universo de forma casi imperceptible, sin apenas interactuar con otras partículas. En 1960, John Updike resumió el problema:"Neutrinos, son muy pequeños/No tienen carga ni masa/Y no interactúan en absoluto./La tierra no es para ellos más que una estúpida bola/Por la que se limitan a pasar...". Updike exagera ligeramente, porque los neutrinos interactúan, aunque raras veces. De hecho, el fogonazo de luz que despiden en raras colisiones con átomos les permite ser vistos por enormes detectores como el Super-Kamiokande (Japón).En 1998, un equipo internacional de físicos que analizó resultados de Super-Kamiokande aportó pruebas de que Updike estaba equivocado en otro aspecto: según ellos, frente a la creencia general, los neutrinos sí tienen masa.

Curiosamente, la masa del neutrino se dedujo del hecho de que algunos de ellos parecen desvanecerse. El Super-Kamiokande puede detectar y distinguir tanto los neutrinos del electrón como los neutrinos del muón. Los neutrinos son producidos por rayos cósmicos que chocan contra la atmósfera y se puede calcular cuáles deberían ser las proporciones relativas de los dos tipos.

El Super-Kamiokande registraba un déficit de neutrinos muónicos. La escasez era más evidente en el caso de los neutrinos que habían viajado más antes de alcanzar el detector y los investigadores concluyeron que algunos neutrinos muónicos habían mutado al tercer sabor, indetectable, al neutrino del tau (o alguna otra variedad desconocida).

Teóricamente, ya se sabía que esta transformación entre diferentes sabores de neutrinos era posible: el neutrino oscila entre sabores diferentes, que deben de tener masas diferentes.

El resultado todavía tiene que ser confirmado. Investigadores del experimento SAGE, que se desarrolla en Baksan, Rusia, han anunciado este mes que "todavía no son capaces de establecer definitivamente la hipótesis de la oscilación", aunque sus resultados son coherentes con la idea. Pero muchos físicos consideran que los descubrimientos del Super-Kamiokande son convincentes.

Esto explicaría el viejo problema de los neutrinos solares: la observación de que el Sol genera menos neutrinos que los previstos por las teorías de las reacciones nucleares. La oscilación permitiría que algunos de los neutrinos solares desaparecieran de nuestra vista antes de llegar hasta nosotros. Pero las consecuencias derivadas de los neutrinos con masa llegan más lejos.

La teoría actual de los bloques de construcción básicos de la materia, el Modelo Estándar de la física de partículas, no dice nada sobre la masa del neutrino: no hace previsiones de ningún tipo. Pero algunas teorías que pretenden ir más lejos que el Modelo Estándar, entre ellas las Teorías de Gran Unificación (GUT), prevén una masa de neutrino distinta de cero.

En concreto, una versión de una GUT aporta una explicación, apodada el mecanismo oscilante, de cómo los neutrinos oscilan y de por qué su masa es mucho más pequeña que la de los electrones, muones y taus. Los descubrimientos del Super-Kamiokande indican que estas ampliaciones de la teoría actual podrían ir por buen camino.

Pero sus resultados no permiten calcular la masa de las partículas, sino las diferencias de masa. Sin embargo, las masas deben de ser pequeñas. Incluso en este caso, los neutrinos con masa contribuirán significativamente a la masa total del universo, aunque es poco probable que expliquen toda la materia oscura fría que exigen las observaciones astronómicas o las teorías cosmológicas.