KATRIN
KATRIN — el Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment — mide la masa del neutrino. No por rodeos, sino de forma directa: mediante la medición precisa de una desintegración beta.
La instalación se halla en el Instituto Tecnológico de Karlsruhe y proporciona desde 2019 los límites superiores más estrictos del mundo.
Por qué es necesaria una medida directa
La oscilación de neutrinos demuestra que los neutrinos poseen masa — pero solo proporciona diferencias de cuadrados de masas, nunca valores absolutos. Se sabe que los tres estados tienen pesos distintos, pero no cuánto pesan.
La cosmología aporta límites a partir de la distribución de la materia en el universo, pero estos dependen de hipótesis de modelo.
KATRIN sigue una tercera vía, que prescinde de tales hipótesis y se apoya únicamente en la conservación de la energía y del momento.
El principio
En la desintegración del tritio se originan un núcleo de helio, un electrón y un antineutrino. La energía liberada se reparte entre el electrón y el antineutrino.
En el extremo superior del espectro de electrones, donde el electrón recibe casi toda la energía, apenas queda algo para el antineutrino. Si este tiene masa, debe aportarse al menos la energía necesaria para ello — y el espectro termina un trecho minúsculo antes de lo que terminaría en otro caso.
Ese trecho es la magnitud buscada. Se trata de fracciones de un electronvoltio para una energía total de 18,6 kiloelectronvoltios — y de la región en la que solo va a parar aproximadamente una desintegración de cada billón.
Se emplea tritio porque tiene una energía de desintegración muy baja y una estructura nuclear sencilla. Ambas cosas aumentan la sensibilidad.
El dispositivo
La instalación mide unos 70 metros de largo. En un extremo se halla la fuente de tritio, en la que el gas fluye a 30 kelvin. En el otro extremo, un detector.
Entre ambos se encuentra el espectrómetro principal: un recipiente de vacío de 23 metros de largo y 10 metros de diámetro, de 200 toneladas de peso. Funciona como filtro electrostático — solo pasan los electrones que superan una energía ajustable. Si se desplaza ese umbral paso a paso, se mide el espectro.
En su interior reina un vacío de 10⁻¹¹ milibares, uno de los mejores del mundo en un recipiente de este tamaño — comparable con las condiciones del espacio cercano a la Tierra.
El viaje del espectrómetro
El recipiente se construyó en Deggendorf, a orillas del Danubio. Hasta el destino en Karlsruhe hay en línea recta unos 400 kilómetros.
Por carretera no había manera: el tanque no pasaba por ningún paso inferior ni por ninguna travesía de población. Así que fue por barco — Danubio abajo, por el mar Negro, a través del Mediterráneo, rodeando la península ibérica, canal de la Mancha arriba y Rin abajo. Unos 8 600 kilómetros para 400 kilómetros en línea recta.
Los últimos metros por Leopoldshafen fueron los más difíciles. Entre las casas quedaban pocos centímetros de margen; miles de curiosos flanqueaban el recorrido. Las imágenes de ese trayecto son hasta hoy las más conocidas de la instalación.
Los resultados
| Año | Límite superior para la masa del neutrino |
|---|---|
| 2019 | por debajo de 1,1 electronvoltios |
| 2022 | por debajo de 0,8 electronvoltios |
| 2025 | por debajo de 0,45 electronvoltios |
Cada una de estas cifras fue, en el momento de su publicación, la más estricta del mundo. El objetivo de la instalación se sitúa en torno a 0,2 electronvoltios.
Un resultado negativo no es aquí un fracaso. Cada límite rebajado excluye modelos — y cuanto más se acerca uno a la región que sugieren las medidas de oscilación, más estrecho se vuelve el espacio para explicaciones como el mecanismo seesaw.
Términos relacionados
- Masa del neutrino — la magnitud buscada
- Desintegración beta — el proceso empleado
- Mecanismo seesaw — por qué es tan pequeña
- Doble desintegración beta — el otro acceso a la masa
Fuentes
- Colaboración KATRIN: Direct neutrino-mass measurement based on 259 days of KATRIN data, Science 388, 180 (2025).
- Colaboración KATRIN: Direct neutrino-mass measurement with sub-electronvolt sensitivity, Nature Physics 18, 160 (2022).