Un detector de neutrinos del tamaño de un autobús, ubicado en el Laboratorio Nacional Fermi en Estados Unidos, ha investigado las anomalías detectadas en experimentos previos relacionados con los neutrinos estériles. Según un modelo, el detector no respalda la existencia de un neutrino estéril, aunque deja abierta la posibilidad de futuras investigaciones.
Los neutrinos estériles son leptones hipotéticos de mano derecha que se cree que solo interactúan con la gravedad. También se conocen como el cuarto tipo de neutrino, después de los neutrinos activos –electrón, muón y tau– que sí interactúan con las fuerzas débiles.
Aunque nunca se han detectado, se ha propuesto que los neutrinos estériles expliquen anomalías observadas en experimentos anteriores, proporcionen una base para la masa de los neutrinos e incluso expliquen la materia oscura del universo. Sin embargo, tras analizar años de datos de experimentos previos, el proyecto MicroBooNE en el Laboratorio Nacional Fermi ha descartado la existencia de neutrinos estériles con un 95 por ciento de certeza.
Anomalías de experimentos previos
Los científicos estudian los neutrinos haciéndolos pasar a través de líquidos centelleantes y registrando sus interacciones. Estos registros se utilizan para reconstruir la trayectoria de los neutrinos y cómo interactúan. Utilizando el Modelo Estándar, los científicos calculan entonces el número de partículas esperado y la diferencia entre eso y lo observado se utiliza para determinar si existe o no el neutrino estéril.
Intentos previos de estudiar los neutrinos han encontrado discrepancias en los números en múltiples ocasiones. En 1995, el Detector de Neutrinos de Centillación Líquida en el Laboratorio Nacional de Los Álamos encontró un exceso de anti-neutrinos electrónicos. Años más tarde, otro proyecto llamado MiniBooNE encontró un exceso de neutrinos electrónicos.
Posteriormente, el Experimento Baksan sobre Transiciones Estériles (BEST) en Rusia utilizó un tanque de 50 toneladas de galio líquido para encontrar un déficit de germanio que los científicos atribuyeron a las interacciones de neutrinos electrónicos con el galio.
A pesar de ello, el neutrino estéril sigue siendo esquivo.
¿Qué es el proyecto MicroBooNE?
MicroBooNE es el sucesor del proyecto MiniBooNE y consta de dos líneas de haz que entregan neutrinos a su detector. La primera línea de haz, la línea de haz Neutrinos en el Main Injector (NuMI), tiene 680 metros de longitud, mientras que la segunda, la línea de haz Booster Neutrino Beam (BNB), tiene 470 metros. Ambas líneas de haz aportan diferentes rangos de energía y, por lo tanto, diferentes registros de interacciones en el detector.
Al estudiar los registros de interacciones de estas diferentes líneas de haz, los investigadores notaron un déficit de neutrinos electrónicos en la línea de haz BNB, mientras que la línea de haz NuMI no mostró ningún déficit.
“Esta medición de doble haz, única en su tipo, es un resultado innovador que restringe significativamente el espacio de parámetros donde podría existir un neutrino estéril”, dijo Sowjanya Gollapinni, física y líder del equipo de MicroBooNE, en un comunicado de prensa.
Los investigadores sugieren que los neutrinos oscilan a más de un neutrino, o que podría haber más física en juego que aún no comprendemos completamente. Para ello, los investigadores confían en que nuevos proyectos de detectores, como los detectores duales de argón líquido de 110 y 600 metros en el Programa de Neutrinos de Línea de Base Corta y el Experimento de Neutrinos Profundos Subterráneos, ayudarán a desentrañar este misterio.
“Este nuevo resultado de MicroBooNE es un avance significativo en nuestra búsqueda del origen de múltiples anomalías”, dijo Erin Yandel, co-convocante del grupo de física de oscilaciones del proyecto. “Como resultado de MicroBooNE, la física de neutrinos ahora tiene una herramienta novedosa que otros experimentos pueden implementar en lo que sigue siendo un desafío científico vital y emocionante”.
Los hallazgos de la investigación se publicaron en la revista Nature.
