Las implicaciones de las part¨ªculas fantasma en el universo

Para los f¨ªsicos, estudiar neutrinos es probablemente lo m¨¢s parecido a estudiar fantasmas. Estas part¨ªculas elementales vuelan por el universo de forma casi imperceptible, sin apenas interactuar con otras part¨ªculas. En 1960, John Updike resumi¨® el problema:"Neutrinos, son muy peque?os/No tienen carga ni masa/Y no interact¨²an en absoluto./La tierra no es para ellos m¨¢s que una est¨²pida bola/Por la que se limitan a pasar...". Updike exagera ligeramente, porque los neutrinos interact¨²an, aunque raras veces. De hecho, el fogonazo de luz que despiden en raras colisiones con ¨¢tomos les permite ser vistos por enormes detectores como el Super-Kamiokande (Jap¨®n).En 1998, un equipo internacional de f¨ªsicos que analiz¨® resultados de Super-Kamiokande aport¨® pruebas de que Updike estaba equivocado en otro aspecto: seg¨²n ellos, frente a la creencia general, los neutrinos s¨ª tienen masa.

Curiosamente, la masa del neutrino se dedujo del hecho de que algunos de ellos parecen desvanecerse. El Super-Kamiokande puede detectar y distinguir tanto los neutrinos del electr¨®n como los neutrinos del mu¨®n. Los neutrinos son producidos por rayos c¨®smicos que chocan contra la atm¨®sfera y se puede calcular cu¨¢les deber¨ªan ser las proporciones relativas de los dos tipos.

El Super-Kamiokande registraba un d¨¦ficit de neutrinos mu¨®nicos. La escasez era m¨¢s evidente en el caso de los neutrinos que hab¨ªan viajado m¨¢s antes de alcanzar el detector y los investigadores concluyeron que algunos neutrinos mu¨®nicos hab¨ªan mutado al tercer sabor, indetectable, al neutrino del tau (o alguna otra variedad desconocida).

Te¨®ricamente, ya se sab¨ªa que esta transformaci¨®n entre diferentes sabores de neutrinos era posible: el neutrino oscila entre sabores diferentes, que deben de tener masas diferentes.

El resultado todav¨ªa tiene que ser confirmado. Investigadores del experimento SAGE, que se desarrolla en Baksan, Rusia, han anunciado este mes que "todav¨ªa no son capaces de establecer definitivamente la hip¨®tesis de la oscilaci¨®n", aunque sus resultados son coherentes con la idea. Pero muchos f¨ªsicos consideran que los descubrimientos del Super-Kamiokande son convincentes.

Esto explicar¨ªa el viejo problema de los neutrinos solares: la observaci¨®n de que el Sol genera menos neutrinos que los previstos por las teor¨ªas de las reacciones nucleares. La oscilaci¨®n permitir¨ªa que algunos de los neutrinos solares desaparecieran de nuestra vista antes de llegar hasta nosotros. Pero las consecuencias derivadas de los neutrinos con masa llegan m¨¢s lejos.

La teor¨ªa actual de los bloques de construcci¨®n b¨¢sicos de la materia, el Modelo Est¨¢ndar de la f¨ªsica de part¨ªculas, no dice nada sobre la masa del neutrino: no hace previsiones de ning¨²n tipo. Pero algunas teor¨ªas que pretenden ir m¨¢s lejos que el Modelo Est¨¢ndar, entre ellas las Teor¨ªas de Gran Unificaci¨®n (GUT), prev¨¦n una masa de neutrino distinta de cero.

En concreto, una versi¨®n de una GUT aporta una explicaci¨®n, apodada el mecanismo oscilante, de c¨®mo los neutrinos oscilan y de por qu¨¦ su masa es mucho m¨¢s peque?a que la de los electrones, muones y taus. Los descubrimientos del Super-Kamiokande indican que estas ampliaciones de la teor¨ªa actual podr¨ªan ir por buen camino.

Pero sus resultados no permiten calcular la masa de las part¨ªculas, sino las diferencias de masa. Sin embargo, las masas deben de ser peque?as. Incluso en este caso, los neutrinos con masa contribuir¨¢n significativamente a la masa total del universo, aunque es poco probable que expliquen toda la materia oscura fr¨ªa que exigen las observaciones astron¨®micas o las teor¨ªas cosmol¨®gicas.