Los neutrinos podrían explicar nuestra existencia

Según los modelos cosmológicos más aceptados, al comienzo del Universo surgió una cantidad igual de materia y de antimateria; pero eso significa que debían haberse eliminado entre sí, aniquilando el Universo en sus primeros momentos de existencia.

Científicos tienen la hipótesis de que una asimetría entre materia y antimateria evitó esta destrucción, aunque no se han explicado cómo pudo suceder. Una posibilidad sería que existiera cierta diferencia entre las partículas de materia y sus correspondientes antipartículas, que les impidiera destruirse entre sí. 

Una investigación reciente podría apoyar esta hipótesis, pues encontró que los neutrinos y su contraparte, los antineutrinos, podrían tener un comportamiento diferente y, por tanto, no se eliminarían unos a otros. 

Asimetría, la clave 

Como el resto de las partículas de materia, los neutrinos también tienen un equivalente de antimateria: los antineutrinos.  

Si ambos fueran opuestos exactos, en propiedades y comportamiento, al entrar en contacto se destruirían entre sí, dejando como resultado solamente destellos de energía. 

Sin embargo, un equipo internacional de investigadores, que forman la llamada Colaboración T2K, encontró una falta de coincidencia en la forma como oscilan los neutrinos y los antineutrinos; es decir, que esta partícula y su antipartícula se portan de manera diferente. 

• Los neutrinos son partículas fundamentales, sin carga eléctrica y con muy poca masa, por eso no interactúan mucho con la materia normal; de hecho, cerca de 50 billones de neutrinos provenientes del Sol pasan por nuestro cuerpo cada segundo, sin afectarlo. 

El proyecto T2K genera haces de neutrinos o de antineutrinos, dependiendo del experimento, con un acelerador de protones en un complejo de investigaciones situado en la ciudad de Tokai, Japón (Japan Proton Accelerator Research Complex, J-PARC). 

A 295 kilómetros de ahí, se encuentra el detector subterráneo de neutrinos Super Kamiokande, que consiste principalmente en un tanque con 50 mil toneladas métricas de agua purificada que “atrapa” los neutrinos, pero sólo durante una mínima fracción de segundo. 

Cuando un neutrino interactúa con un neutrón dentro del tanque, puede aparecer un leptón (una partícula elemental), como un electrón, muon o tau, que se detecta con equipos muy sensibles. 

Los neutrinos cambian 

El doctor Nissim Illich Fraija Cabrera, del Instituto de Astronomía (IA-UNAM), nos explica que los leptones son partículas mucho más pesadas que los neutrinos. “Los neutrinos viajan casi a la velocidad de la luz”, así que inmediatamente salen disparados y dejan atrás a su correspondiente leptón. 

Agrega que el leptón que aparece en cada proceso resultante donde hay un neutrino, depende del tipo, o “sabor”, del neutrino; esto es, si se trata de un neutrino electrónico, aparece un electrón; si es un neutrino muónico, un muon, y de un neutrino tauónico, un tao. 

Además, conforme viajan, los neutrinos pueden “oscilar”, lo que significa que cambian de un tipo a otro. Por ejemplo, en 2013 el grupo T2K detectó la aparición de neutrinos electrónicos a partir de un haz de neutrinos muónicos. 

En la investigación actual, los científicos lanzaron haces de neutrinos y antineutrinos muónicos desde el J-PARC, en Tokai, hasta el detector Super Kamiokande, que detectó cuántos neutrinos y antineutrinos llegaban, y de qué tipo eran. 

Más tarde, el equipo analizó y comparó los cambios de tipo de los neutrinos y de los antineutrinos, para encontrar que los neutrinos parecen tener muchas más probabilidades de cambiar (de oscilar) a otros “sabores” que los antineutrinos. 

Esta diferencia refuerza datos anteriores, que también sugieren que los neutrinos y antineutrinos no tienen las mismas probabilidades de cambiar de “sabor”. 

El físico Patrick Dunne, del Colegio Imperial de Londres (Imperial College London) y parte de la Colaboración, señaló en un comunicado que sus resultados demuestran, con una “certeza superior al 95 por ciento”, que los neutrinos y antineutrinos tienen un comportamiento distinto. 

Aunque los científicos ya conocían otras partículas que difieren de sus antipartículas, se trataba de proporciones que no eran suficientes para explicar nuestro Universo, en el que prevaleció la materia. En contraste, el experimento del T2K indica que las diferencias en el comportamiento de los neutrinos y de los antineutrinos parecen ser bastante grandes. 

Asimismo, a diferencia de las otras partículas, “el resultado obtenido con los neutrinos es compatible con teorías que explican el predominio de la materia en el origen del Universo”, manifestó Dunne. 

El investigador Fraija Cabrera, quien estudia los procesos de emisión de fotones, neutrinos y rayos cósmicos de muy altas energías en el Departamento de Astrofísica Teórica del IA-UNAM, coincide en que este resultado es relevante para las hipótesis de una asimetría en la cantidad de materia y antimateria desde los primeros momentos del Universo. 

Explica que, aunque en teoría la cantidad de neutrinos y antineutrinos hubiese sido igual en los primeros momentos del Universo, “si se comportan diferente, éstos no se aniquilaron como lo hacen las otras partículas, y subsistieron para formar lo que conocemos hoy en día: más materia que antimateria”. 

Si este nuevo descubrimiento se confirma con otros experimentos y datos adicionales podría ser muy importante para la física y para comprender mejor la evolución de nuestro Universo.  

Por ejemplo, Fraija Cabrera refiere que, de confirmarse, “el camino a seguir sería el de los modelos de leptogénesis (un hipotético proceso físico que produjo la asimetría entre leptones y antileptones en el Universo inicial), que sugieren que la abundancia de la materia se debe al sector de neutrinos”. 

No menos relevante, nos acercaría más a responder una pregunta fundamental: “por qué hay mucha más materia que antimateria en el Universo”.