Un experimento internacional en el que participa la Universidad de Granada descarta la existencia de un neutrino estéril

La colaboración internacional que desarrolla el experimento MicroBooNE, que cuenta con la participación del investigador del Departamento de Física Teórica y del Cosmos de la Universidad de Granada Diego García Gámez, ha anunciado el descarte, con un 95% de certeza, de la idea de que un único "neutrino estéril" sea la causa de las anomalías detectadas durante décadas en el comportamiento de estas partículas. Este hallazgo, realizado en el Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab) del Departamento de Energía de EE.UU., y que acaba de ser publicado por la revista Nature, descarta así una de las principales explicaciones teóricas para este fenómeno que desafiaba el Modelo Estándar de la física de partículas, el marco que describe las partículas fundamentales del universo.

Investigadores de la Universidad de Granada participan en el detector cercano SBND (Short-Baseline Near Detector), un componente esencial del nuevo Programa de Neutrinos de Línea de Base Corta (Short-Baseline Neutrino Program). "Sus resultados serán decisivos para los objetivos científicos de todo el programa", explica Diego García Gámez, investigador principal del grupo de físicos de la UGR que trabaja con este detector cercano del programa SBN de Fermilab.

El Modelo Estándar de la física de partículas establece que sólo existen tres tipos o "sabores" de neutrinos (electrón, muón y tau), que oscilan cambiando de uno a otro. Sin embargo, experimentos como LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector), desarrollado en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en 1995, y MiniBooNE (2021), que se puso en marcha en Fermilab para verificar sus resultados, observaron que los neutrinos parecían oscilar a distancias más cortas de lo teóricamente posible con sólo tres tipos. La hipótesis más aceptada durante 30 años para explicar esta anomalía era la existencia de un cuarto neutrino, bautizado como "estéril" porque sólo interactuaría mediante la gravedad, haciéndolo virtualmente indetectable.

"Observaron un cambio de sabor en una escala de distancia que no es compatible con que sólo existan tres neutrinos", indica Justin Evans, investigador de la Universidad de Manchester y coportavoz de MicroBooNE. El nuevo resultado del experimento, que ha analizado datos recopilados entre 2015 y 2021, prácticamente descarta que un único neutrino estéril de este tipo sea la respuesta a este comportamiento anómalo.

MicroBooNE, a tan sólo 70 metros del punto donde el experimento MiniBooNE midió la anomalía, emplea una cámara de proyección temporal de argón líquido, una tecnología de gran precisión para captar las interacciones de los neutrinos. Para este estudio, el detector registró datos de dos haces de neutrinos diferentes de Fermilab (BNB y NuMI), lo que permitió reducir las incertidumbres y excluir con alta confianza la región donde podría esconderse la partícula hipotética.

Aunque estos resultados cierran la puerta a la hipótesis teórica del cuarto neutrino, la anomalía sigue sin resolverse. El Modelo Estándar, a pesar de ser la mejor teoría disponible, no explica fenómenos como la materia oscura, la energía oscura o la gravedad. "Sabemos que el Modelo Estándar describe muy bien una amplia gama de fenómenos del mundo natural, pero al mismo tiempo, somos conscientes de que está incompleto" señala Matthew Toups, científico de Fermilab y coportavoz de MicroBooNE.

El nuevo Programa de Neutrinos de Línea de Base Corta, que ya está en funcionamiento, combinará los datos del detector cercano SBND y otro detector lejano para investigar si modelos más complejos, que involucren múltiples partículas nuevas o interacciones, pueden explicar finalmente las observaciones de los experimentos LSND y MiniBooNE.