Los elusivos neutrinos y la materia oscura podrían arrojar luz sobre el predominio de la materia frente a la antimateria
El modelo estándar de la física de partículas, que ha reinado como modelo definitorio del mundo físico durante décadas, está siendo cuestionado por una creciente lista de fenómenos naturales que no parecen encajar en él. Las oscilaciones de los neutrinos, la materia oscura y la energía, así como el desequilibrio entre la materia y la antimateria, apuntan a nuevos modelos físicos que reflejen mejor la naturaleza. El proyecto InvisiblesPlus, financiado con fondos europeos, revela pistas prometedoras sobre las propiedades e identidades ocultas de los neutrinos y los candidatos a materia oscura, además de responder preguntas sobre las simetrías fundamentales de la naturaleza.
Neutrinos, antineutrinos y asimetrías ocultas
Casi todas las partículas tienen un equivalente de antimateria: una partícula con la misma masa, pero con carga y momento magnético opuestos. Sin embargo, los neutrinos no tienen carga eléctrica, lo que plantea la posibilidad de que los neutrinos y los antineutrinos sean una misma cosa. «La ausencia de antimateria en nuestro universo visible podría explicarse si los neutrinos fueran sus propias antipartículas. Esta posibilidad implicaría la existencia de nuevas partículas, aún no observadas. Hemos demostrado que estas masas de partículas pueden estar dentro del alcance experimental en proyectos presentes y futuros, y hemos diseñado nuevas estrategias para buscarlas. Nuestra novedosa propuesta implica que en breve podrían descubrirse nuevas partículas que contengan la clave de la ausencia de antimateria en el universo», señala Belén Gavela, coordinadora de InvisiblesPlus. Las oscilaciones de neutrinos, que surgen de la mezcla entre su sabor y los eigenestados de la masa, implican que el neutrino tiene una masa no nula. El análisis de los datos de oscilación de los neutrinos apuntó a nuevas limitaciones y mejoró las mediciones de los valores correspondientes a los parámetros de mezcla de neutrinos. InvisiblesPlus también proporcionó nuevos límites al valor absoluto de las masas de neutrinos a partir de los análisis de datos cosmológicos. En el experimento de neutrinos T2K, los miembros del proyecto notificaron diferencias entre las oscilaciones de los haces de neutrinos y antineutrinos. Esta medición de la asimetría de la oscilación neutrino-antineutrino podría acercar a los científicos a la explicación de la existencia de nuestro universo, en el que predomina la materia.
Vincular los misterios de la antimateria y la materia oscura
La sorprendente ausencia de antimateria primordial en el universo podría tener su origen en la materia oscura. Además de los neutrinos (estériles), la materia oscura podría estar compuesta por axiones. «La forma en que interactúan los axiones con la materia y la antimateria podría proporcionar pistas importantes sobre la preponderancia de la materia sobre la antimateria», señala Gavela. Los estudios teóricos realizados por los científicos del proyecto sugieren que los axiones, como posibles candidatos a materia oscura, son partículas mucho más pesadas de lo esperado. En el experimento llamado Axion Dark Matter Experiment (ADMX), el equipo aplicó las mejores restricciones del mundo a los axiones, descartándose los de cierto rango de masas como materia oscura. También se intensificaron las restricciones sobre las propiedades de la materia oscura en el experimento XENON. «Es extremadamente interesante que exista una "sinergia técnica" entre las búsquedas de neutrinos y de materia oscura. Por ejemplo, una técnica experimental basada en elementos nobles (como en el experimento XENON) puede servir para detectar directamente la materia oscura y discernir si los neutrinos son sus propias antipartículas», explica Gavela. Todavía se desconoce si los neutrinos adquieren masa a través del mecanismo de Higgs. Las partículas elementales de la materia oscura siguen sin descubrirse. «Aún no tenemos ninguna pista sobre el origen de la masa ni sobre los valores de masa de los neutrinos y la materia oscura. Tal vez el conjunto de la materia ordinaria, los neutrinos y la materia oscura deban contemplarse como un todo —como una nueva tabla periódica— para entender el origen de la masa», concluye Gavela.
Palabras clave
InvisiblesPlus, neutrino, materia oscura, antimateria, masa, axión, antineutrino
