¿De dónde obtienen su masa los neutrinos? Es un misterio, uno de los más desconcertantes en el Modelo Estándar de física de partículas. Pero un equipo de físicos cree que sabe cómo resolverlo.
Aquí está el problema: los neutrinos son raros. Partículas ultra-débiles, la mayoría de ellas son tan bajas en energía e insustanciales que pasan por todo nuestro planeta sin detenerse. Durante décadas, los científicos pensaron que no tenían masa en absoluto. En la versión original del Modelo Estándar, que describe la física de partículas, el neutrino no tenía peso en absoluto. Hace unas dos décadas, eso cambió. Los físicos ahora saben que los neutrinos tienen masa, aunque en cantidades minúsculas. Y todavía no están seguros de por qué es esa masa.
Sin embargo, podemos resolver el misterio, sostiene un nuevo artículo publicado el 31 de enero en la revista Physical Review Letters. Con suficiente tiempo y datos, los neutrinos de mayor energía que ya podemos detectar deberían ayudar a descubrir los secretos de su masa.
Detectando resonancias de neutrinos
Los neutrinos vienen con diferentes cantidades de energía: dos partículas idénticas se comportarán de manera muy diferente dependiendo de la cantidad de energía que transporten.
La mayoría de los neutrinos que podemos detectar provienen de nuestro sol y un puñado de fuentes de energía súper brillantes en la Tierra (como los reactores nucleares), y son de energía relativamente baja. Y los neutrinos de baja energía se deslizan fácilmente a través de trozos de materia, sin golpearse contra nada. Pero nuestro planeta también es bombardeado por neutrinos de mucha más energía. Y es mucho más probable que choquen con otras partículas, como un remolque de tractor que grita por la carretera en el carril de paso.
En 2012, un detector de partículas entró en línea en la Antártida que está diseñado para detectar esos neutrinos de mayor energía. Pero el detector, llamado IceCube, no puede detectarlos directamente. En cambio, busca las secuelas de las colisiones de neutrinos de alta energía con las moléculas de agua en el hielo circundante, colisiones que producen explosiones de otros tipos de partículas que IceCube puede detectar. Por lo general, esas explosiones son desordenadas, produciendo una variedad de partículas. Pero a veces son inusualmente limpios, el resultado de un proceso llamado resonancia, dijo el coautor del estudio Bhupal Dev, físico de la Universidad de Washington en St. Louis.
Cuando un neutrino se estrella contra otra partícula, específicamente un electrón, y a veces pasará por un proceso conocido como resonancia Glashow, Dev le dijo a Live Science que la resonancia une las dos partículas y las convierte en algo nuevo: un bosón W. Propuesto por primera vez en 1959, la resonancia de Glashow requiere energías muy altas, y un solo ejemplo puede haber aparecido en IceCube en 2018, según una charla de 2018 en una conferencia de neutrinos.
Pero según Dev y sus coautores, puede haber otros tipos de resonancias por ahí. Una de las teorías más populares sobre cómo los neutrinos obtienen su masa se conoce como el "modelo Zee". Y bajo el modelo Zee, habría otro tipo de resonancia como Glashow, produciendo otra nueva partícula, conocida como "explosión de Zee", escribieron los investigadores en el nuevo estudio. Y esa resonancia estaría dentro de la capacidad de IceCube para detectar.
Si se detectara un estallido de Zee, conduciría a una actualización radical del Modelo Estándar, transformando por completo la forma en que los físicos ven los neutrinos, dijo Dev.
El modelo Zee pasaría de una teoría a una ciencia sólida, y el modelo existente de neutrinos sería desechado.
Pero IceCube solo es sensible a ciertos rangos de energías de neutrinos, y las condiciones que producirían explosiones de Zee están en los bordes exteriores de ese rango. Con el tiempo, IceCube probablemente detectará uno de estos incidentes en algún momento de los próximos 30 años.
Pero afortunadamente, las actualizaciones de IceCube están llegando, anotaron los investigadores. Una vez que el detector se actualice al IceCube-Gen 2 mucho más grande y sensible (no está claro exactamente cuándo ocurrirá esto), el dispositivo más sensible debería ser capaz de detectar una explosión Zee en solo tres años, si las explosiones de Zee son realmente allí afuera.
Y si las explosiones de Zee no existen, y el modelo de Zee está equivocado, el misterio de la masa de neutrinos solo se profundizará.
