?Le debemos nuestra existencia a los neutrinos?

Con solo tres tipos de part¨ªculas diferentes: el electr¨®n y los dos quarks que forman los protones y neutrones, tenemos los ladrillos necesarios para construir y describir toda la materia que nos rodea, desde las estrellas hasta los animales y plantas de la Tierra. Sin embargo, hay un cuarto tipo de part¨ªcula elemental con propiedades muy diferentes a las anteriores: el neutrino.

Su nombre viene del italiano "neutron bambino" y ya nos da idea de qu¨¦ le distingue de las otras part¨ªculas elementales. Es neutro, sin carga el¨¦ctrica y con interacciones extremadamente d¨¦biles con el resto de la materia. Tambi¨¦n es incre¨ªblemente ligero. De hecho, la masa de los neutrinos es tan peque?a que no ha podido medirse directamente a¨²n. S¨®lo sabemos que debe ser menor que una millon¨¦sima parte de la masa del electr¨®n, la siguiente part¨ªcula m¨¢s ligera que conocemos. Estas dos propiedades hacen que los neutrinos sean m¨¢s de mil millones de veces m¨¢s numerosos que todos los ¨¢tomos del Universo pero que, al mismo tiempo, apenas podamos detectar su presencia.

El premio Nobel de f¨ªsica 2015 ha sido concedido a Takaaki Kajita y Arthur McDonald por "el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos que demuestran que los neutrinos tienen masa".

Los neutrinos existen en tres "sabores" o especies que determinan sus interacciones con el resto de part¨ªculas. La "oscilaci¨®n de neutrinos" es un fen¨®meno mediante el cual estos tres "sabores" de neutrino se transforman unos en otros simplemente en vuelo, "oscilando" entre los tres tipos. Los neutrinos, como el resto de las part¨ªculas en el contexto de la f¨ªsica cu¨¢ntica, son descritos como ondas. Y como las ondas en el agua, se pueden superponer unas con otras, dando lugar a nuevas combinaciones. Pues bien, estos tres "sabores" de neutrinos corresponden a tres superposiciones diferentes de ondas.

Su nombre viene del italiano "neutron bambino"

Si estas ondas viajaran todas igual, simult¨¢neamente, la superposici¨®n nunca cambiar¨ªa y no habr¨ªa oscilaciones. Pero si los neutrinos asociados a estas ondas tienen masa, y sus masas son diferentes, cada onda se propaga con velocidad diferente y la superposici¨®n entre ellas, el "sabor", cambia con el vuelo del neutrino. Por eso, la observaci¨®n de la oscilaci¨®n de los sabores de neutrinos implica que ¨¦stos deben tener masa, aunque sea tan peque?a que a¨²n no la hemos podido determinar de forma directa.

El simple hecho de que estas part¨ªculas tengan masa nos obliga a replantear nuestro entendimiento de la f¨ªsica con la que explicamos y describimos la materia, que solo predec¨ªa neutrinos sin masa. Aunque el resto de part¨ªculas tambi¨¦n son masivas, y con masas mucho mayores, el car¨¢cter especial de los neutrinos de nuevo podr¨ªa esconder sorpresas. Por ejemplo, su car¨¢cter neutro, hace que la l¨ªnea que distingue part¨ªculas de antipart¨ªculas, materia de antimateria, se desdibuje para los neutrinos.

Las antipart¨ªculas son part¨ªculas producidas en laboratorios y de forma natural en la atm¨®sfera terrestre, id¨¦nticas en todo a su part¨ªcula asociada, excepto en su carga, que es opuesta. As¨ª el positr¨®n, la antipart¨ªcula del electr¨®n, es id¨¦ntica a ¨¦ste pero con carga positiva en vez de negativa.

Los neutrinos son m¨¢s de mil millones de veces m¨¢s numerosos que todos los ¨¢tomos del Universo pero, al mismo tiempo, apenas podemos detectar su presencia

A¨²n es un misterio el por qu¨¦ nuestro Universo est¨¢ formado por materia si part¨ªculas y antipart¨ªculas se producen y destruyen juntas en la mayor¨ªa de procesos conocidos. En alg¨²n momento se debi¨® crear un exceso de materia sobre antimateria para poder crear galaxias, estrellas, planetas y personas. Pero quiz¨¢ los neutrinos tengan la respuesta. Al no tener carga, ser¨ªa posible que, igual que los neutrinos oscilan entre "sabores", su masa tambi¨¦n permitiera a neutrinos oscilar en antineutrinos, rompiendo la barrera entre part¨ªculas y antipart¨ªculas y plantando la semilla del exceso de materia en el Universo al que, a la postre, debemos nuestra existencia. ?Quiz¨¢ un futuro premio Nobel nos de la respuesta?

Enrique Fern¨¢ndez es investigador Ram¨®n y Cajal del departamento de F¨ªsica Te¨®rica de la UAM y miembro del Instituto de F¨ªsica Te¨®rica UAM-CSIC.