Observaciones de la Colaboración del Experimento STEREO Anticipan un Golpe Definitivo al Paradigma del Neutrino Estéril

^{Por: Amal Pushp, Físico Afiliado de Resonance Science Foundation} 

Los neutrinos son partículas elementales que se producen esencialmente durante la desintegración radiactiva y se denominan así porque no llevan ninguna carga y, por tanto, son eléctricamente neutros. Los neutrinos están siempre presentes, fluctúan a nuestro alrededor todo el tiempo y penetran en la Tierra sin apenas interacción. Esencialmente, viajan a la velocidad de la luz y no se desvían en presencia de campos magnéticos. Todas estas propiedades hacen que la detección de neutrinos sea una empresa problemática.

Una de las incertidumbres más preocupantes que rodean a los neutrinos es si tienen masa, aunque un fenómeno llamado oscilación de neutrinos proporciona alguna pista de que poseen una pequeña masa. Estas desconcertantes partículas se presentan originalmente en tres sabores (electrón, muón y tau) y su oscilación implica explícitamente la transición de un sabor a otro. Curiosamente, la oscilación de los neutrinos indica que tienen cierta masa y esta pequeña masa, a su vez, permite que los tres sabores de neutrinos transicionen entre sí, por lo que son bastante interdependientes.

Ahora, además de estos tres sabores, los físicos de partículas han predicho un estado adicional para el neutrino. Este estado adicional, denominado neutrino estéril, constituye la base de una serie de nuevas teorías y modelos dentro del modelo estándar de la física de partículas. Esencialmente, los neutrinos estériles proceden de la familia leptónica habitual siguiendo la estadística Fermi-Dirac, pero lo que los hace peculiares es el hecho de que interactúan gravitatoriamente, mientras que los neutrinos ordinarios lo hacen a través de la fuerza electrodébil. De hecho, el neutrino estéril debe su nombre a su incapacidad para interactuar a través de la interacción débil.  

Los físicos llevan años buscando pruebas empíricas del neutrino estéril, pero sin éxito. Se formó una colaboración experimental llamada STEREO (Search for Sterile Reactor Neutrino Oscillations) para investigar la anomalía observada en el flujo de antineutrinos de los reactores nucleares, que acabó despertando dudas sobre un estado existencial adicional para el neutrino, a saber, el neutrino estéril. Sin embargo, mediciones recientes de la instalación STEREO indican que la causa de las anomalías en el flujo de neutrinos de los reactores es cualquier cosa menos el neutrino estéril [1, 2], lo que anticipa en adelante una seria duda y quizá incluso un golpe definitivo a esta hipótesis.   

La prueba STEREO, un proyecto de investigación de tres años de duración que se extendió de 2017 a 2020, recopiló un conjunto de datos de unos 100.000 neutrinos en el transcurso de su mandato, pero no logró detectar ningún rastro significativo de neutrinos estériles, aunque sí condujo a algunos descubrimientos deseables, como la determinación del espectro de antineutrinos procedentes de la fisión de uranio-235 y, curiosamente, es la medición más precisa hasta la fecha. Así pues, aunque STEREO no fue directamente compensado por ello, la sonda abrió posibles oportunidades futuristas para la física de las reacciones nucleares.  

^{La figura ofrece una estimación aproximada del montaje experimental utilizado por la colaboración STEREO. Crédito: Nature}  

RSF en Perspectiva: 

Esta noticia, publicada en Nature, una revista científica de gran prestigio, debería considerarse oficialmente como el golpe definitivo a la hipótesis de los neutrinos estériles. No es difícil darse cuenta de que se trata de un enorme revés para los físicos de partículas, que durante mucho tiempo han estado publicando montones de artículos sobre las interacciones y propiedades de los neutrinos estériles. Visto el panorama actual, sólo cabe decir que todas aquellas teorías que se basaban en neutrinos estériles son, por tanto, erróneas. Aunque una faceta diferente expresada en otro lugar considera esta nueva medición como un apoyo para el modelo estándar, no es muy explícito de dónde viene exactamente esto y cómo sería factible dado el aspecto tiene alguna fuerza a la misma. 

Además, los neutrinos estériles también han sido identificados como candidatos a materia oscura en tantas publicaciones en revistas de física de gran reputación [3, 4]. No es de extrañar que no haya habido ninguna prueba empírica significativa a favor del neutrino estéril o, para el caso, de cualquier otra partícula candidata que los diversos modelos propuestos hayan defendido a lo largo de los años, por lo que considerando los resultados actualizados del STEREO queda explícito que el constituyente de la materia oscura es cualquier cosa menos neutrinos estériles.De hecho, aparte de la colaboración STEREO, una serie de sondas anteriores como IceCube, MiniBooNe, y su subsidiaria MicroBooNE, han fracasado de forma concluyente en la detección de cualquier evidencia empírica de neutrinos estériles, avanzando así en la dirección de su posible erradicación de nuestros marcos teóricos actuales de una vez por todas. 

Referencias  

[1] David Lhuillier, STEREO neutrino spectrum of 235U fission rejects sterile neutrino hypothesis, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05568-2 

[2] J. Cao, Nuclear reaction rules out sterile-neutrino hypothesis, Nature 613, 248-249 (2023). https://www.nature.com/articles/d41586-022-04581-9 

[3] S. Dodelson and L. M. Widrow, Sterile neutrinos as dark matter, Phys. Rev. Lett. 72 (1994). DOI: 10.1103/PhysRevLett.72.17  

[4] A. Boyarsky et al, Sterile neutrino Dark Matter, Progress in Particle and Nuclear Physics (2019). DOI: 10.1016/j.ppnp.2018.07.004