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¿Producen los reactores nucleares neutrinos estériles?

Una nueva técnica apunta a la resolución de un rompecabezas que desde hace una década ocupa a los físicos de neutrinos. Los resultados serán clave para interpretar los datos de futuros experimentos.

Núcleo de un reactor nuclear experimental en el Laboratorio Nacional de Idaho, en Estados Unidos. Hace años que los físicos intentan conocer con precisión el espectro de neutrinos que emiten estas instalaciones. [LABORATORIO NACIONAL DE ARGONNE, EE.UU./CC BY-SA 2.0]

Uno de los grandes objetivos de la física fundamental hoy en día consiste en buscar indicios de fenómenos que vayan más allá del modelo estándar, el esquema teórico empleado desde hace años por los físicos para describir todas las partículas elementales y sus interacciones. En esta carrera, un papel de especial relevancia lo desempeñan los neutrinos: esquivas partículas de masa ínfima y carentes de carga eléctrica.

La existencia del neutrino fue propuesta en los años treinta del siglo pasado por Wolfgang Pauli como posible solución al problema de la conservación de la energía en la desintegración beta, el proceso por el que un neutrón de un núcleo atómico se transforma espontáneamente en un protón, un electrón y —según la propuesta de Pauli— un antineutrino. Sin embargo, al tratarse de una partícula que apenas interacciona con las demás, su detección no llegó hasta un cuarto de siglo después. Esta se logró gracias a un experimento pionero efectuado en la central nuclear de Savannah River, en Carolina del Sur, por Clyde Cowan y Frederick Reines, quien en 1995 recibiría por ello el premio Nobel de física (Cowan falleció en 1974).

No es difícil entender por qué el experimento de Cowan y Reines se llevó a cabo en un reactor nuclear. La razón se debe a que estas instalaciones constituyen las mayores fuentes pacíficas de neutrinos jamás creadas por el ser humano. En una central moderna de un gigavatio de potencia, las reacciones nucleares que tienen lugar en su interior emiten del orden de 1021 antineutrinos por segundo.

Hasta ahora, sin embargo, las características de los neutrinos generados por una central nuclear no coincidían por completo con las predicciones teóricas, un desacuerdo que a lo largo de los años ha dado lugar a interesantes elucubraciones. En un trabajo publicado el año pasado en Physical Review Letters, una colaboración internacional en la que ha participado nuestro grupo de investigación del Instituto de Física Corpuscular (IFIC) de Valencia ha conseguido un avance clave en la resolución del rompecabezas. Los resultados suponen un paso importante hacia una mejor comprensión de estas enigmáticas partículas y serán cruciales a la hora de interpretar los datos de experimentos futuros.

 

Partículas desconocidas

El modelo estándar contempla la existencia de tres tipos de neutrino: el electrónico, el muónico y el tauónico, en principio todos ellos sin masa. Sin embargo, a finales del siglo pasado se descubrió que los neutrinos de un tipo pueden transformarse espontáneamente en neutrinos de otro, un fenómeno conocido como «oscilación». La importancia de este hallazgo radica en que, según las leyes de la mecánica cuántica, dicho proceso solo puede tener lugar si los neutrinos tienen masa. Así pues, el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos obligó a abandonar la hipótesis de que estas partículas tenían masa nula y supuso una señal de física más allá del modelo estándar «tradicional».

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