22 de Febrero de 2022
Física de partículas

La masa del neutrino, cada vez más acotada

El experimento KATRIN impone una nueva cota superior sobre la masa de la escurridiza partícula, cuyo valor es importante para la física de partículas y la cosmología.

Vista del espectrómetro principal del experimento Karlsruhe Tritio Neutrino (KATRIN), que ha impuesto la cota más precisa hasta la fecha sobre la masa del neutrino. [Marcus Breig, Instituto de Tecnología de Karlsruhe]

Los físicos han dado un nuevo paso hacia la determinación de la masa del neutrino, quizás la más misteriosa de todas las partículas elementales.

El equipo del experimento Karlsruhe Tritio Neutrino (KATRIN) ha anunciado que los neutrinos tienen como máximo una masa de 0,8 electronvoltios (eV). Los investigadores tienen desde hace tiempo pruebas indirectas de que las partículas debían pesar menos de 1 eV, pero esta es la primera vez que se demuestra mediante una medición directa. Los resultados se publicaron el 14 de febrero en Nature Physics.

En 2019, KATRIN ya había hallado una cota superior de 1,1 eV. Hasta ahora, el experimento solo ha podido establecer un límite máximo para la masa. Pero los investigadores afirman que podría realizar una medición concluyente una vez que termine de recopilar datos en 2024, y es el único experimento del mundo capaz de hacerlo.

«Si el experimento KATRIN determinara la masa del neutrino antes de alcanzar su sensibilidad objetivo de 0,2 eV, sería terriblemente emocionante», comparte Julia Harz, física de partículas teórica de la Universidad Técnica de Múnich. En particular, podría dar pistas sobre cómo mejorar las teorías cosmológicas, añade.

Electrones energéticos

KATRIN estudia los neutrinos producidos por la desintegración nuclear del tritio, un isótopo radiactivo del hidrógeno. Cuando un núcleo de tritio se transforma en uno de helio, expulsa un electrón y un neutrino (o, siendo más precisos, una partícula de igual masa llamada antineutrino). El neutrino no se detecta, pero el electrón es conducido hacia una cámara de vacío de acero de 23 metros de largo con forma de dirigible, donde se mide con precisión su energía.

El electrón se lleva casi toda la energía liberada durante la desintegración del tritio, pero parte se pierde con el neutrino. La magnitud de ese déficit se puede emplear para calcular la masa de la partícula.

Los resultados de KATRIN de 2019 se basaron en una tanda inicial de experimentos realizados en abril y mayo de ese año, cuando el haz de tritio operaba con una cuarta parte de la actividad prevista. El último resultado se deriva de los datos de la primera tanda a potencia completa, que también tuvo lugar en 2019. Esos datos implican un límite superior de 0,9 eV, que se reduce a 0,8 eV al combinarlo con los resultados anteriores.

Aunque la precisión del cálculo ha aumentado, todavía no es posible determinar un límite inferior para la masa del neutrino. Los datos aún no descartan la posibilidad de que la masa sea cero, subraya Magnus Schlösser, miembro de KATRIN y físico de partículas del Instituto de Tecnología de Karlsruhe. Pero otras investigaciones, en particular las observaciones cosmológicas, muestran que el neutrino no puede carecer de masa.

Cabe la posibilidad de que KATRIN no pueda medir la masa mínima del neutrino incluso ni siquiera después de 2024: si esa masa es inferior a 0,2 eV, quedaría más allá de la sensibilidad del experimento.

Schlösser compara la tarea con la búsqueda de una mítica ciudad de oro que llevaron a cabo los conquistadores españoles. «Es como buscar a El Dorado», concluye. «Uno va reduciendo las posibilidades de dónde encontrarlo.»

David Castelvecchi/Nature News

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Nature Research Group.

Referencia: «Direct neutrino-mass measurement with sub-electronvolt sensitivity». Colaboración KATRIN en Nature Physics, vol. 18, págs. 160–166, 14 de febrero de 2022.

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