Los neutrinos están de moda. Esta partícula subatómica, llamada la ‘partícula fantasma’ por la dificultad para detectarla, fue protagonista del Premio Nobel de Física de 2015, otorgado a los descubridores del fenómeno conocido como ‘oscilación de neutrinos’, que revela la existencia de tres tipos que corresponden a las tres familias de partículas que se conocen. Pero, ¿existe otra familia de neutrinos? La investigadora del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV), Olga Mena Requejo, participó el viernes en un debate sobre la existencia de un cuarto tipo de neutrinos, llamado ‘neutrino estéril’, en una de las conferencias científicas más importantes del mundo, la que organiza cada año la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS) en Washington.

Olga Mena es experta en el estudio de los neutrinos utilizando datos cosmológicos, procedentes de observaciones de grandes estructuras y fenómenos en el Universo. Por eso fue elegida para participar en el simposio “Cazadores de fantasmas: La búsqueda de nuevos tipos de neutrinos”, que se celebró el viernes 12 de febrero en la conferencia de la AAAS, que finaliza hoy. En su intervención, Mena hizo un recorrido por la evolución del Universo, explicando el papel que estos hipotéticos ‘neutrinos estériles’ podrían tener.

A diferencia de los otros tipos de neutrinos que se conocen (que, aunque rara vez, interactúan con las partículas que forman todo lo que vemos), “los neutrinos estériles no interactúan con el resto de las partículas del Modelo Estándar”, explica Olga Mena. De ahí su calificativo de ‘estéril’. Como en el caso de los neutrinos conocidos (electrónicos, muónicos y tauónicos), la prueba de su existencia se busca por pistas indirectas. Una de estas pistas podría estar en las grandes estructuras del Universo, como las galaxias satélites que orbitan alrededor de galaxias mayores como la Vía Láctea.

Según Mena, cuando se realizan simulaciones a partir de la teoría cosmológica que explica la formación de estas estructuras hay resultados ‘discordantes’, por ejemplo, en el número y en la dinámica de las galaxias satélites. Los neutrinos estériles ofrecen una de las explicaciones a estas discrepancias: un tipo de neutrino estéril con una masa unas 100 veces menor que el electrón podría dar lugar a las estructuras que vemos a ‘pequeña’ escala, sin afectar a los patrones a gran escala que se explican según el modelo cosmológico.

Los neutrinos son una de las partículas más abundantes que hay en el Universo. Cada segundo, miles de millones de neutrinos procedentes del Sol atraviesan cada centímetro cuadrado de nuestro cuerpo. Esta abundancia los hace muy importantes para explicar uno de los mayores enigmas de la Física actual: la materia oscura. Este nuevo tipo de materia que no se ve forma alrededor del 25% del Universo. Su existencia se infiere por los efectos que provoca, puesto que aún no ha sido detectada.

Los neutrinos estériles son uno de los muchos candidatos que se barajan para formar esa materia oscura. En el ejemplo anterior, los neutrinos estériles formaría la llamada ‘materia oscura templada’ (warm dark matter). Otros escenarios contemplan neutrinos estériles más ligeros (un millón de veces la masa del electrón) y rápidos, que formarían la llamada ‘materia oscura caliente’ (hot dark matter). Esta fue una de las hipótesis que se propusieron para explicar los resultados del experimento LSND en Los Álamos (EE.UU.), que, midiendo oscilaciones de neutrinos, obtuvo datos discrepantes entre los procedentes del Sol y los originados en la atmósfera terrestre.

Según Olga Mena, “los modelos cosmológicos actuales dejan poco lugar para la existencia de otra familia de neutrinos”. Sin embargo, esto no descarta completamente su existencia, por lo que la comunidad científica sigue comprobando. Mena, la única representante de una institución científica española que participa en esta conferencia, describe las tres principales fuentes de datos para rastrear la presencia de neutrinos a lo largo de la historia del cosmos: la formación de elementos ligeros en el universo primitivo, el fondo cósmico de microondas y las grandes estructuras del Universo.

Utilizando datos de experimentos que miden cada uno de estos fenómenos, como los del satélite Planck de la ESA, o del catálogo de galaxias y de cuásares BOSS, la investigadora persigue el rastro de esta esquiva partícula, de la que se desconocen muchas de sus propiedades, entre ellas su masa. Aún no se sabe si las masas de los tres tipos de neutrinos conocidos son iguales o no, como ocurre con las tres familias de partículas conocidas en el Modelo Estándar. Este es uno de los argumentos que mantienen viva la hipótesis de la existencia de nuevos tipos de neutrinos.  

La conferencia que organiza la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS) es uno de los eventos científicos del año. Con miles de asistentes, participan algunos de los científicos más relevantes en sus respectivas disciplinas, desde la física de partículas, la astrofísica y la cosmología, hasta la biotecnología, computación, matemáticas... Una parte importante se dedica a cuestiones como la comunicación y la divulgación de la ciencia.

Más información:

“Ghost Hunters: The Search for New Types of Neutrinos”, AAAS 2016 Annual Meeting, Friday, February 12.

“Searching for Sterile Neutrinos and Dark Radiation Through Cosmology”, Olga Mena Requejo, científica titular CSIC en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV).