Detector cristalino de rubidio-87: en busca de rastros de neutrinos estériles exprés

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La sal de mesa común parece inerte, pero dentro de su red cristalina pueden ocurrir eventos invisibles al ojo. Si en el cristal hay átomos de rubidio-87, de vez en cuando sufren una desintegración beta, un tipo de transformación radiactiva en la que un neutrón del núcleo se convierte en protón, emitiendo un electrón y un antineutrino. Como resultado, el rubidio-87 se transforma en estroncio-87, y el electrón expulsado se lleva parte de la energía de la desintegración.

Tradicionalmente, estas desintegraciones se estudian colocando una fuente radiactiva junto a un detector que registra las partículas emitidas. Sin embargo, en el experimento descrito se empleó un enfoque más elegante: el rubidio-87 radiactivo se integró directamente en la estructura cristalina del propio detector. El cristal se cultivó a partir de un fundido con aditivo de rubidio, mediante un método análogo al crecimiento de grandes cristales ópticos de sal. Gracias a esto, el electrón nacido en la desintegración dentro del cristal entra casi de inmediato en el material del detector y le transfiere toda su energía cinética. Esto elimina las pérdidas de energía en el trayecto de la fuente al instrumento y aumenta la precisión de las mediciones. En la práctica, la fuente y el receptor están unidos en un mismo trozo de cristal.

El objetivo clave del experimento es la búsqueda de los llamados neutrinos estériles. Los neutrinos ordinarios son las partículas conocidas más ligeras, que interactúan muy débilmente con la materia; se les llama «partículas fantasma». Un neutrino estéril es una partícula hipotética que interactúa aún más débilmente, solo a través de la gravedad, y por tanto no participa en los tipos conocidos de interacciones, salvo en las oscilaciones. Si tal neutrino existe y tiene cierta masa, podría producirse en la desintegración beta en lugar del neutrino ordinario. Dado que la energía que se lleva el neutrino depende de su masa, el espectro de electrones, es decir, la distribución del número de electrones emitidos según sus energías, presentaría una inflexión característica o «rodilla» en la energía correspondiente a la masa del neutrino estéril. Esa inflexión es precisamente lo que se buscó en el espectro medido.

Una analogía acústica ayuda a entender la idea: imagina el ruido de una gran multitud, donde muchas voces se funden en un rumor general. Si una voz suena notablemente más fuerte que las demás, aparece un pico que resalta en ese rumor. Aquí, en lugar de sonido, tenemos la energía de los electrones, y en lugar de una voz fuerte, la contribución de una partícula masiva adicional, el neutrino estéril.

Hasta ahora no se ha detectado la inflexión característica en el espectro, lo que impone restricciones sobre los posibles parámetros de los neutrinos estériles. Sin embargo, el método en sí ha demostrado su viabilidad. El cristal con rubidio-87 incorporado resultó ser una plataforma experimental conveniente: elimina la necesidad de una fuente radiactiva externa, y la sensibilidad se puede aumentar simplemente incrementando el tamaño del cristal. Esto abre el camino a búsquedas a mayor escala en el futuro.