Investigadores de la Universidad de California en Irvine (UCI) han detectado indicios de neutrinos producidos por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN en Suiza, lo que puede abrir la puerta al conocimiento de la materia oscura y de otros secretos del universo.

Observaron seis interacciones de neutrinos durante un experimento en el detector de partículas FASER, instalado en el Gran Colisionador de Hadrones en 2019.

Se trata de las primeras observaciones de estas elusivas partículas generadas en un colisionador, aunque el experimento no termina aquí: los investigadores esperan detectar miles de interacciones de neutrinos durante los próximos tres años, destaca la UCI en un comunicado.

Los neutrinos son partículas cuánticas misteriosas: tienen masa, pero muy pequeña y difícil de medir. Son partículas abundantes en el universo y «bombardean» continuamente la Tierra.

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Neutrinos cósmicos

La fuente más importante de los neutrinos que llegan a la Tierra es el Sol. También proceden de fenómenos astrofísicos como las supernovas, o generados por la radiación cósmica de fondo.

Incluso, un pequeño porcentaje de neutrinos se produce por diferentes reacciones en la atmósfera terrestre.

Sin embargo, sus características dificultan su detección, ya que los neutrinos solo interactúan bajo la interacción débil. Además, más de 70 años después de su descubrimiento, desconocemos todavía sus propiedades básicas.

La detección de neutrinos en un colisionador abre un campo completamente nuevo, el de la física de neutrinos en colisionadores, explica Jonathan Feng, uno de los artífices del descubrimiento, a la revista Forbes.

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Control completo

Ese nuevo campo de conocimientos se basa en algo insólito: por primera vez los científicos tienen un control completo de cómo se producen y se detectan estas partículas cósmicas tan elusivas.

Esa capacidad les permitirá detectar anomalías en su comportamiento que pueden estar relacionadas con leyes desconocidas de la naturaleza, destacan los investigadores.

Esa posibilidad escapa en el estudio de los neutrinos que surgen en procesos nucleares cósmicos, en los que es muy difícil observar si se están produciendo anomalías de comportamiento reveladoras de una nueva física.

Esta es una de las principales consecuencias del nuevo descubrimiento. Pero hay más.

Los neutrinos sorprenden porque la masa que contienen no está contemplada en el Modelo Estándar que describe el mundo subatómico.

¿Puerta a la Nueva física?

Su masa es un millón de veces más pequeña que la de la siguiente partícula más pesada (el electrón) y los científicos piensan que la gran disparidad que existe entre la masa de los neutrinos y la de otras partículas elementales, es una pista clara para la nueva física, destaca Forbes.

Los científicos piensan también que hay una relación implícita entre los neutrinos y las partículas de materia oscura, porque ambas se basan en la interacción débil.

Por este motivo, cualquier experimento para detectar neutrinos y observar de cerca su comportamiento, representa un paso de gigante para penetrar en los misterios de la materia oscura, según los investigadores.

La materia oscura conforma el 80% de la materia del universo y sabemos de ella que no es energía oscura, materia bariónica (materia ordinaria) ni tampoco neutrinos, aunque estas partículas misteriosas nos pueden revelar gran parte de sus secretos.

Neutrinos en alta resolución

Sobre todo, por los avances tecnológicos que aporta el detector de partículas FASER, que utilizará imágenes tridimensionales de resolución increíblemente alta (escala de micras) de las interacciones de neutrinos que produce el LHC.

A partir del año que viene, el detector aumentará considerablemente de tamaño y podrá detectar hasta 10.000 neutrinos de mayor energía jamás producidos por experimentos humanos.

Esta proeza tecnológica permitirá a los científicos estudiar como nunca sus propiedades y, tal vez, revelar parte de los misterios que todavía rodean a estas partículas.

Estas partículas elementales, que viajan a velocidades cercanas a la de la luz, esconden entre sus misterios algunos de los aspectos que podrían ayudar a los científicos a entender mejor el funcionamiento del universo y su origen, además de permitirles profundizar en el conocimiento de la materia oscura.

Referencia

First neutrino interaction candidates at the LHC. Henso Abreu et al. (FASER Collaboration). Phys. Rev. D 104, L091101; 24 November 2021. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.104.L091101

Foto superior: piqsels.