neutrino estéril

En un laboratorio subterráneo de Dakota del Sur hay un tanque lleno de xenón líquido. Capta sucesos raros: las partículas atraviesan la Tierra, chocan contra los núcleos de xenón y estos rebotan como bolas de billar tras un golpe.

El neutrón es una partícula que normalmente reside en el núcleo atómico y no desaparece. Pero algunas teorías sugieren que, en ocasiones, podría transformarse en su gemelo invisible: una partícula imposible de detectar con los detectores convencionales.

El modelo estándar cosmológico se parece a una receta de pastel donde todo está estrictamente medido: la materia oscura es como harina sin grumos (presión cero), y la energía oscura es como un levadura perfecta (ecuación de estado estrictamente menos uno). Pero, ¿y si la harina está un poco húmeda y la levadura se ha vencido?

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo era una 'sopa' ardiente de partículas. A medida que se enfriaba, se producían transiciones de fase, como cuando el agua se convierte en hielo. En uno de esos momentos pudieron nacer los monopolos magnéticos de la materia oscura: diminutos grumos de campo con un solo polo magnético.

El núcleo atómico no es solo una mezcla de protones y neutrones. Las partículas en su interior se organizan en capas, como los espectadores en un estadio: las filas inferiores están llenas, y cada protón o neutrón nuevo busca un lugar en un nivel más alto.

Las estrellas de neutrones — restos de supernovas — son unos de los objetos más densos del Universo. Su densidad central supera varias veces la nuclear, y su gravedad solo cede ante los agujeros negros.

Una cucharadita de materia de una estrella de neutrones pesa como una montaña. Pero esta montaña podría tener un gemelo invisible. En el interior de una estrella de neutrones, la materia ordinaria está comprimida a densidades inimaginables. Allí, los protones y neutrones pueden disolverse en una sopa de quarks.

Las estrellas de neutrones son «copos de nieve» cósmicos de una densidad inimaginable: una cucharada de su materia pesaría más que el monte Everest. Era un misterio qué había en sus profundidades: materia neutrónica ordinaria (un núcleo atómico gigante) o materia exótica de quarks, donde las partículas no están confinadas en neutrones.

El núcleo atómico se parece a una gota con una membrana delgada: la 'piel' de neutrones. Dentro de la gota, protones y neutrones están mezclados uniformemente, pero en el exterior, como la nata en la leche, se acumula una capa donde hay notablemente más neutrones.

El neutrón es una partícula sin carga eléctrica, y atraparlo es difícil: atraviesa los instrumentos como una bala a través de la niebla. En los experimentos habituales solo tiene una pasada a través del cristal, y todas las mediciones se concentran en ese instante. La nueva idea es hacer que el neutrón circule dentro de una trampa, como una pelota entre dos paredes.

El tritio radiactivo se desintegra y expulsa un electrón. Su energía es casi siempre la misma, pero a veces es un poquito menor. Ese 'déficit' podría significar que, junto con el neutrino ordinario, nació otra partícula oculta. El modelo estándar describe tres tipos de neutrinos, pero los científicos sospechan que hay un cuarto: el estéril.

En las transiciones nucleares del berilio-8, helio-4 y carbono-12, los físicos de la colaboración ATOMKI vienen observando desde 2020 eventos de más — como si en la desintegración de un núcleo excitado a veces naciera algo más, además de los fotones habituales. La energía de ese «algo» es siempre la misma: unos 17 millones de electronvoltios.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo era un caldo caliente de partículas. Entre ellas podía haber neutrinos, partículas muy ligeras y casi imperceptibles. Algunos de ellos quizá eran «estériles»: apenas se relacionan con el resto de la materia, como un invitado silencioso en una fiesta ruidosa.

Una estrella de neutrones es el remanente superdenso de la explosión de una supernova, cuya existencia fue predicha por Fritz Zwicky en la década de 1930.

La materia oscura es un pegamento invisible que mantiene unidas a las galaxias. Ya en los años 1930, Fritz Zwicky sospechó de su existencia, y en los 1970 Vera Rubin demostró que sin ella las estrellas se dispersarían.

Un electrón sale del núcleo de tritio con una energía de 18,57 keV, dejando tras de sí un compañero invisible: el neutrino. Si ese neutrino tiene acceso a una quinta dimensión, su masa se descompone en toda una torre de estados, y cada uno de ellos arranca un pedazo del espectro.

Dos telescopios miran al mismo universo y ven velocidades diferentes. Las mediciones locales de supernovas dan 73.04 ± 1.04 km/s/Mpc, mientras que los datos de la radiación de fondo de microondas en el modelo estándar predicen 67.36 ± 0.54.