Científicos de Estados Unidos y Japón dieron un paso importante para resolver uno de los mayores enigmas de la física: por qué el universo está hecho de materia y no desapareció en un destello de energía tras el Big Bang.
Una nueva colaboración entre dos de los experimentos de neutrinos más importantes del mundo, NOvA en EE. UU. y T2K en Japón, combinó casi 16 años de datos para obtener la visión más precisa hasta ahora sobre cómo se transforman estos escurridizos “fantasmas” subatómicos.
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Los resultados, publicados el 22 de octubre en Nature, afinan la búsqueda de diferencias sutiles entre el comportamiento de los neutrinos y sus equivalentes de antimateria. Cualquier asimetría entre ellos podría explicar por qué la materia logró imponerse en los primeros instantes del cosmos.
Según el Modelo Estándar, el Big Bang debió producir la misma cantidad de materia y antimateria hace casi 14.000 millones de años. Como ambas se aniquilan al entrar en contacto, el universo debería haberse convertido en un baño uniforme de energía. Pero claramente no fue así. Algo inclinó la balanza a favor de la materia, y los científicos sospechan que los neutrinos podrían ser los responsables.
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Parte del misterio está en cómo estas partículas cambian de “sabor” mientras viajan. Existen tres tipos y pueden transformarse entre sí, un proceso conocido como oscilación. Al seguir estos cambios, los experimentos pueden medir diferencias diminutas en sus masas y comparar cómo se comportan los neutrinos frente a los antineutrinos.
Cualquier divergencia sería una pista de una posible violación de simetría, un fenómeno clave para entender la ventaja que obtuvo la materia.
NOvA envía un haz de neutrinos desde Fermilab, cerca de Chicago, hacia un detector ubicado a 800 kilómetros en Minnesota. T2K hace algo similar en Japón, desde Tokai hasta el enorme detector Super-Kamiokande, enterrado bajo una montaña. Al operar con distancias y energías distintas, ambos experimentos captan aspectos complementarios de las oscilaciones, lo que hace posible una imagen más completa al combinar sus datos.
El análisis conjunto logró una medición especialmente precisa de uno de los parámetros fundamentales de estas oscilaciones, conocido como la separación de masas de neutrinos. Los científicos lograron limitar este valor a un margen de solo dos por ciento, uno de los resultados más exactos obtenidos hasta ahora.
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Este avance también abre camino a descifrar la jerarquía de masas de los neutrinos, un orden aún desconocido que influye directamente en cómo se transforman.
Más allá de los números, los investigadores destacan otro logro clave: la creación de un marco común para describir las interacciones de neutrinos. Esta “lengua compartida” facilitará que los próximos experimentos, como DUNE en Estados Unidos y Hyper-Kamiokande en Japón, comparen resultados con mayor precisión cuando entren en operación en 2028.
Es probable que sean ellos quienes finalmente revelen si los neutrinos violan o no la simetría que aún desconcierta a la física y expliquen por qué estamos aquí. (I)