En 1993, profundo Bajo tierra en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en Nuevo México, algunos destellos de luz dentro de un tanque de aceite del tamaño de un autobús iniciaron una historia de detectives que aún no ha terminado.
El detector de neutrinos de centelleo líquido (LSND) buscaba ráfagas de radiación creadas por neutrinos, la más ligera y elusiva de todas las partículas elementales conocidas. “Para nuestro asombro, eso es lo que vimos”, dijo Bill Louis, uno de los líderes del experimento.
El problema era que vieron muchos. Los teóricos han postulado que los neutrinos pueden fluctuar entre tipos a medida que vuelan, una hipótesis que explica varias observaciones astronómicas. LSND se propuso probar esta idea apuntando un haz de neutrinos muónicos, uno de los tres tipos conocidos, hacia el tanque de petróleo y contando el número de neutrinos electrónicos que llegaron allí. Aun así, Louis y su equipo detectaron muchos más neutrinos electrónicos que llegaban al tanque de lo que predijo la simple teoría de las oscilaciones de neutrinos.
Desde entonces, se han construido decenas de otros experimentos con neutrinos, cada uno más grande que el anterior. En las montañas, las cuevas mineras en desuso y el hielo debajo del Polo Sur, los físicos han erigido catedrales para estas partículas notoriamente resbaladizas. Pero a medida que estos experimentos sondearon neutrinos desde todos los ángulos, continuaron produciendo imágenes contradictorias de cómo se comportaban las partículas. “La trama se sigue complicando”, dijo Louis.
“Es una historia muy confusa. Yo lo llamo Jardim dos Caminhos Bifurcados ”, dijo. Carlos Argüelles-Delgado, un neutrino físico de la Universidad de Harvard. En el cuento de 1941 de Jorge Luis Borges con ese título, el tiempo se ramifica en un número infinito de futuros posibles. Con los neutrinos, los resultados contradictorios han llevado a los teóricos por una variedad de caminos, sin saber en qué datos confiar y cuáles podrían ser engañosos. “Como cualquier historia de detectives, a veces ves pistas y te arrojan en la dirección equivocada”, dijo Argüelles-Delgado.
La explicación más simple de la anomalía del LSND fue la existencia de un nuevo cuarto tipo de neutrino, llamado neutrino estéril, que mezcla todos los tipos de neutrinos de acuerdo con nuevas reglas. Los neutrinos estériles permitirían que los neutrinos muónicos oscilen más fácilmente en neutrinos electrónicos a corta distancia del tanque de petróleo.
Pero con el tiempo, el neutrino estéril no se ajustó a los resultados de otros experimentos. “Teníamos nuestra teoría del campeón, pero el problema es que en otros lugares falla estrepitosamente”, dijo Argüelles-Delgado. «Estábamos en lo profundo del bosque y necesitábamos salir».
Obligados a volver sobre sus pasos, los físicos han estado repensando lo que se esconde detrás del revoltijo de sugerencias y resultados a medio terminar. En los últimos años, han desarrollado nuevas teorías que son más complicadas que el neutrino estéril, pero que, de ser correctas, revolucionarían por completo la física, resolviendo anomalías en los datos de oscilación de neutrinos y otros importantes misterios de la física al mismo tiempo. No menos importante, los nuevos modelos postulan neutrinos pesados adicionales que pueden ser responsables de la materia oscura, la materia invisible que rodea a las galaxias que parece ser cuatro veces más abundante que la materia normal.
Ahora, cuatro análisis publicados ayer por el experimento MicroBooNE en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi cerca de Chicago y otro estudio reciente del detector IceCube en el Polo Sur, ambos sugieren que estas teorías más complejas sobre los neutrinos pueden estar en el camino correcto, aunque el futuro está lejos de ser claro.
“Siento que hay algo en el aire”, dijo Argüelles-Delgado. «Es un entorno muy tenso que apunta a un descubrimiento».
Una medicina desesperada
Cuando Wolfgang Pauli postuló la existencia del neutrino en 1930 para explicar hacia dónde estaba desapareciendo la energía durante la desintegración radiactiva, lo llamó un «remedio desesperado». Su construcción teórica no tenía masa ni carga eléctrica, lo que le hacía dudar de que un experimento pudiera detectarla. «Es algo que ningún teórico debería hacer», escribió en su diario en ese momento. Pero en 1956, en un experimento similar al LSND, estaba el neutrino.
El triunfo pronto se convirtió en confusión cuando los físicos detectaron neutrinos provenientes del sol, una fuente natural de partículas, y encontraron menos de la mitad del número predicho por los modelos teóricos de las reacciones nucleares de las estrellas. En la década de 1990, estaba claro que los neutrinos se comportaban de manera extraña. No solo los neutrinos solares parecen desaparecer misteriosamente, sino también los neutrinos que caen a la Tierra cuando los rayos cósmicos chocan con la atmósfera superior.
