materia oscura de neutrino estéril

En un tanque con tres toneladas de xenón líquido, escondido en las profundidades de la tierra, algo se movió una vez. No fue el propio xenón, sino uno de sus núcleos atómicos: recibió un empujón con una energía de 248 mil electronvoltios y retrocedió como una bola de billar golpeada por una bola invisible.

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.

Nadie ha visto la materia oscura, pero debería atravesar los detectores como el viento atraviesa las hojas. A veces, muy raramente, una partícula de materia oscura roza el núcleo de un átomo, y entonces el detector debe captar ese empujón. El problema es que las partículas ligeras de materia oscura apenas pueden mover núcleos pesados: es como intentar derribar un bolo lanzándole una pluma.

La materia oscura sigue siendo el fondo de bajo inaudible de la sinfonía cósmica: no emite luz, pero su atracción gravitacional da forma a las galaxias. Vera Rubin fue la primera en detectar este ritmo en los años 70, al observar la rotación de las estrellas.

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.

Dos piedras caen en un estanque. De cada una se expanden círculos, pero en cuanto chocan, se produce un chapoteo y un golpe seco y resonante. Algo así suena la fusión de dos estrellas de neutrones, los restos superdensos de estrellas que han explotado.

En lo profundo de la tierra, en Japón, se encuentra un enorme depósito de agua ultrapura. Espera a unos visitantes muy especiales: neutrinos que llegan de explosiones de estrellas lejanas. Estos visitantes son extremadamente raros: a lo largo de los años de observación, el detector Super-Kamiokande registra solo unos pocos eventos.

Un arquitecto consulta el plano cuando construye una casa. Para los cosmólogos, el plano es el modelo estándar, y la cinta métrica, la luz de las galaxias lejanas. Recientemente, una nueva «cinta métrica», el instrumento DESI, ha medido distancias a millones de galaxias con una precisión sin precedentes.

Una olla de agua hirviendo burbujea y mezcla todo su contenido. En cuanto se retira del fuego, el movimiento se apacigua y el agua se enfría lentamente. Así es también el universo: justo después del Big Bang era una 'sopa' ardiente de partículas que chocaban constantemente y se transformaban unas en otras.

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 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.

En lo profundo de un laboratorio subterráneo, un detector del tamaño de una habitación espera un evento que podría ocurrir una vez cada cien mil millones de años. Es la doble desintegración beta sin neutrinos, un proceso que violaría una de las leyes más importantes de la física.

La materia visible es una gota en el mar del caldo cósmico. La base del Universo es la invisible materia oscura, cuya gravedad impide que las galaxias se dispersen. El mejor candidato para este papel son los neutrinos estériles, partículas fantasma conectadas con nosotros solo por un puente sutilísimo.

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.