Al aprender más sobre sus partículas más pequeñas, los físicos esperan responder preguntas fundamentales sobre los orígenes del universo.
El profesor de la Universidad de Cincinnati, Alexander Sousa, ayudó a delinear los próximos 10 años de investigación global sobre el comportamiento de los neutrinos, partículas tan pequeñas que atraviesan todo a aproximadamente la velocidad de la luz, a billones por segundo.
Se producen mediante reacciones de fusión nuclear en el Sol, desintegración radiactiva en reactores nucleares o en la corteza terrestre, o en laboratorios de aceleradores de partículas. A medida que viajan, pueden hacer una transición entre uno de tres tipos o “sabores” de neutrinos y viceversa.
Pero resultados experimentales inesperados llevaron a los físicos a sospechar que podría haber otro sabor de neutrino, llamado neutrino estéril porque parece ser inmune a tres de las cuatro “fuerzas” conocidas.
“Teóricamente interactúa con la gravedad, pero no interactúa con las demás, ni con la fuerza nuclear débil, ni con la fuerza nuclear fuerte, ni con la fuerza electromagnética”, dijo Sosa.
En un nuevo libro blanco publicado en Revista de Física GSosa y sus coautores analizan anomalías experimentales en las búsquedas de neutrinos que han desconcertado a los investigadores.
El Panel de Priorización de Proyectos de Física de Partículas, o P5, cuyo informe final publicado en 2023 hizo recomendaciones directas al Congreso sobre la financiación de proyectos, describió su visión colectiva y sentó las bases para la financiación de la ciencia.
“Se esperan avances en la física de neutrinos en varios frentes”, dijo el coautor y profesor de la UC Gior Zupan.
Además de buscar neutrinos estériles, Zupan dijo que los físicos están viendo varias anomalías experimentales (discrepancias entre los datos y la teoría) que podrán probar con experimentos futuros.
Una pregunta es, si el Big Bang creó ambos por igual, ¿por qué hay más materia que antimateria en el universo? La investigación sobre neutrinos puede proporcionar la respuesta, afirmó Sosa.
“Puede que no haga una diferencia en su vida diaria, pero estamos tratando de entender por qué estamos aquí”, dijo Sosa. Los neutrinos parecen tener la clave para responder a estas preguntas tan profundas.
Sousa es parte de uno de los proyectos de neutrinos más ambiciosos conocido como DUNE, o Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos, realizado por el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi. Los equipos han excavado 5.000 pies bajo tierra en la antigua mina de oro Homestake para instalar un detector de neutrinos. Sosa dijo que solo se necesitan 10 minutos para llegar a la cueva donde se encuentra el ascensor.
Los investigadores colocan detectores a gran profundidad para protegerlos de los rayos cósmicos y la radiación de fondo. Esto facilita la separación de partículas producidas en experimentos.
“Con estos dos módulos detectores y el haz de neutrinos más potente jamás creado, podemos hacer mucha más ciencia”, afirmó Sousa. “La puesta en línea de DUNE será extremadamente emocionante. Será la mejor experiencia con neutrinos jamás vivida”.
El artículo fue una empresa ambiciosa, en la que participaron más de 170 colaboradores de 118 universidades o instituciones y 14 editores, incluido Sosa.
“Fue un gran ejemplo de colaboración con un grupo diverso de científicos. No siempre es fácil, pero es un placer cuando se unen”, afirmó.
Mientras tanto, Sosa y el profesor asociado de la UC Adam Oresano están involucrados en otro experimento de neutrinos del Fermilab llamado NOvA que examina cómo y por qué los neutrinos cambian de sabor y viceversa. En junio, su grupo de investigación informó sus últimos resultados, que proporcionan la medición más precisa de la masa de neutrinos hasta la fecha.
Otro proyecto importante llamado Hyper-Kamiokande o Hyper-K es un observatorio y experimento de neutrinos en construcción en Japón.
“Debería tener resultados muy interesantes, especialmente cuando se combinan con DUNE. Por lo tanto, la combinación de los dos experimentos ampliará enormemente nuestro conocimiento”, dijo Sosa. “Deberíamos tener algunas respuestas durante la década de 2030”.
