Neutrinos estériles
Los neutrinos estériles son partículas hipotéticas: una cuarta especie de neutrino que ni siquiera participa en la interacción débil. Serían con ello aún más discretos que los neutrinos ordinarios — perceptibles únicamente por el hecho de que se mezclan con estos.
No han sido detectados. Pero hay varias mediciones que podrían explicarse con ellos.
Por qué exactamente tres — y por qué quizá no
En 1989 se midió en el CERN la anchura de desintegración del bosón Z. De ella se sigue a cuántas especies ligeras de neutrinos puede acoplarse. El resultado fue inequívoco: tres.
Pero esta medición solo excluye una cuarta especie si esta se comporta como las demás. Un neutrino que no se acople en absoluto al bosón Z permanecería invisible. Justo eso significa la palabra estéril.
Una partícula así no participaría en ninguna de las fuerzas conocidas salvo la gravedad. Solo podría hacerse notar a través de la oscilación de neutrinos: un neutrino ordinario pasaría temporalmente al estado estéril y habría desaparecido entonces para cualquier detector.
Los indicios
Varias mediciones independientes muestran un déficit que no encaja en el cuadro:
La anomalía del galio. En la calibración de SAGE y GALLEX con fuentes artificiales de cromo-51 y argón-37, la tasa medida quedó entre un 10 y un 20 por ciento por debajo de la calculada. El experimento sucesor BEST lo confirmó en 2022.
La anomalía de los reactores. Según un nuevo cálculo de 2011, los reactores suministran alrededor de un seis por ciento menos de antineutrinos de lo esperado.
LSND y MiniBooNE. Dos experimentos de acelerador estadounidenses encontraron más neutrinos electrónicos de lo predicho — LSND en la década de 1990, MiniBooNE más tarde con un hallazgo similar.
Llama la atención que todas estas desviaciones aparecen en distancias cortas. Un neutrino estéril con una masa del orden de un electronvoltio actuaría justo ahí — en las distancias largas de los experimentos establecidos habría quedado promediado hace mucho.
Los argumentos en contra
El asunto no está en absoluto decidido, y varias cosas hablan en contra.
Experimentos como MINOS+, IceCube y Daya Bay han buscado de manera dirigida el patrón de oscilación correspondiente y no han encontrado nada. Sus regiones de exclusión se solapan con la zona que las anomalías sugieren — los hallazgos, por tanto, no son compatibles entre sí.
También la cosmología pone límites. Una especie de partícula ligera adicional habría acelerado la expansión del universo temprano y alterado la formación de los elementos ligeros. Las observaciones dejan poco margen para ello.
Y por último, las anomalías son explicables una a una. En la anomalía del galio está en discusión la transición nuclear subyacente; en la anomalía de los reactores, los espectros beta del uranio-235, que entretanto han sido corregidos.
Es la situación más insatisfactoria que puede tener un campo de investigación: varios indicios débiles que son explicables por separado, pero que juntos siguen llamando la atención.
La variante pesada
Junto a la forma ligera se consideran también neutrinos estériles pesados, con masas del orden de kiloelectronvoltios o muy por encima.
Tales partículas entrarían en consideración como materia oscura. Y en el mecanismo seesaw aparecen de todos modos — allí los pesados compañeros dextrógiros no son otra cosa que neutrinos estériles.
En esta forma la idea no es en absoluto exótica, sino parte integrante de una de las explicaciones más prestigiosas de la pequeñez de la masa del neutrino. La diferencia reside en la masa: un neutrino estéril pesado estaría teóricamente bien motivado, pero sería inalcanzable; uno ligero sería medible, pero difícil de acomodar teóricamente.
Por qué se sigue buscando
Un neutrino estéril ligero sería la primera partícula más allá del modelo estándar que pudiera producirse en el laboratorio. Lo que está en juego es lo bastante alto como para perseguir una desviación de varios por ciento — aunque la probabilidad sea baja.
Términos relacionados
- SAGE — la anomalía del galio
- Neutrinos de reactor — la anomalía de los reactores
- Mecanismo seesaw
- Masa del neutrino
Fuentes
- Colaboración BEST: Results from the Baksan Experiment on Sterile Transitions, Physical Review Letters 128, 232501 (2022).
- Particle Data Group: Review of Particle Physics, sección Sterile Neutrinos.