Nuevos datos para despejar una de las grandes incógnitas de la física: la masa de los neutrinos

Los neutrinos son unas partículas subatómicas aún rodeadas de incógnitas, entre ellas su masa. Ahora el experimento KATRIN ha logrado la medición más precisa del límite superior de ese parámetro, que ha fijado en 0,45 electrovoltios, lo que significa menos de una millonésima parte de la que tiene un electrón.

Un estudio que publica Science, en el que participa la Universidad Autónoma de Madrid, analiza las últimas mediciones de KATRIN para establecer el límite superior más estricto de la masa efectiva de un neutrino electrónico (una de las tres clases de esta partícula) realizado en un laboratorio con un nivel de confianza del 90%.

La mayor incógnita de la física de neutrinos

KATRIN, un enorme espectrómetro instalado en Alemania, es fruto de una colaboración internacional activa desde 2018 (que pondrá fin a sus trabajos este año) cuyo objetivo es medir la masa de esta partícula, la incógnita más importante abierta en la física de neutrinos.

Estas partículas subatómicas no tienen carga eléctrica y son las más ligeras del universo, tanto que al principio se creía que no tenían masa, además interactúan de manera tan débil con la materia que miles de millones atraviesan nuestro cuerpo cada día sin que lo notemos.

A mayor escala, los neutrinos actúan como arquitectos cósmicos y participan en la formación de las estructuras visibles del universo, ya que influyen en la formación y distribución de las galaxias.

Una larga investigación

No es la primera vez que KATRIN publica datos: este resultado de 0,45 electrovoltios (la masa de las partículas se mide en unidades de energía) es el tercer refinamiento del límite de masa del neutrino.

El estudio publicado ahora presenta los resultados de las cinco primeras campañas de medición del experimento a lo largo de 259 días. Entre 2019 y 2021 se midió la energía de unos 36 millones de electrones (primer paso para medir la masa del neutrino), lo que representa un conjunto de datos seis veces mayor que los anteriores.

La partícula más abundante y la más peculiar

Todo lo relacionado con los neutrinos (la partícula más abundante del universo) es peculiar. De hecho, a los tres tipos que existen se les denomina sabores: neutrino electrón, neutrino muón y neutrino tau, y tienen la singular capacidad de cambiar de sabor mientras viajan por el espacio, un fenómeno conocido como oscilación.

Para medir la masa del neutrino, KATRIN utiliza un isótopo inestable del hidrógeno llamado tritio, que experimenta un proceso de desintegración radiactiva conocido como desintegración beta.

En ese proceso uno de los neutrones del núcleo del tritio se transforma en protón, emitiendo a la vez un electrón y un antineutrino electrónico (la antipartícula del neutrino electrónico).

Analizando la distribución de la energía total de desintegración entre el electrón emitido y el antineutrino electrónico, se puede deducir la masa del neutrino.

La campaña de medición de la masa del neutrino del experimento KATRIN terminará este año tras alcanzar los mil días de adquisición de datos.