¿Por qué el neutrino sigue desafiando a la física 70 años después?

La física celebra los 70 años de la detección experimental del neutrino, uno de esos descubrimientos que parecían destinados a cerrar una vieja discusión y terminaron abriendo un pasillo entero de puertas. En 1956, Frederick Reines y Clyde Cowan publicaron en la revista Science las pruebas que confirmaban la existencia de aquella partícula invisible, propuesta décadas antes para que las cuentas de la naturaleza volvieran a cuadrar.

Siete decenios después, el balance resulta tan incómodo como fascinante. Sabemos que el neutrino existe, que atraviesa la materia casi sin rozarla, que puede cambiar de identidad mientras viaja y que posee una masa extraordinariamente pequeña. Lo que todavía ignoramos es cuánto pesa exactamente, cómo se ordenan sus distintos estados de masa, si coincide con su propia antipartícula y qué papel desempeñó en la desaparición de la antimateria del universo. No está mal para una partícula descubierta en tiempos del teléfono de baquelita.

Setenta años de una partícula que se resiste a quedar explicada

El neutrino es una partícula elemental sin carga eléctrica que apenas interactúa con la materia. Se produce en las reacciones nucleares del Sol, en las centrales atómicas, en la atmósfera, en las explosiones de supernovas y en algunos de los fenómenos más violentos del cosmos. Una corriente descomunal de neutrinos atraviesa continuamente nuestros cuerpos, las paredes y el planeta entero sin dejar una señal apreciable.

Esa indiferencia casi aristocrática ante todo lo que encuentra explica su apodo de partícula fantasma. No rebota en los átomos como lo haría una bola diminuta ni queda detenida fácilmente por una barrera. Puede recorrer distancias astronómicas conservando información sobre el lugar donde nació, algo valiosísimo para observar el interior del Sol o las entrañas de una estrella que acaba de colapsar.

La ventaja científica viene acompañada de una pequeña crueldad experimental: aquello que atraviesa casi todo también es endiabladamente difícil de detectar. Para registrar unas pocas interacciones hacen falta enormes cantidades de agua, hielo o argón líquido, sensores muy sensibles y, por lo general, montañas, minas o kilómetros de mar que protejan el experimento del ruido producido por otras partículas.

De la intuición desesperada de Pauli al experimento de 1956

La historia comenzó en 1930, cuando el físico austríaco Wolfgang Pauli intentó resolver un problema aparentemente indecoroso. En ciertos procesos de desintegración radiactiva parecía desaparecer una parte de la energía, algo incompatible con uno de los principios más firmes de la física. Pauli propuso la existencia de una partícula neutra, ligera e invisible que se llevaba esa energía sin ser detectada.

Era una solución atrevida. Casi un remiendo teórico, aunque de los buenos. Enrico Fermi incorporó poco después aquella idea a su explicación de la desintegración beta y popularizó el nombre neutrino, diminutivo italiano de neutrón. La partícula encajaba en las ecuaciones, pero seguía faltando lo esencial: verla actuar.

El problema era que los neutrinos interaccionaban tan poco con la materia que numerosos científicos dudaban de que pudieran detectarse alguna vez. Reines llegó a calcular que haría falta una fuente extraordinariamente intensa y un instrumento capaz de reconocer una señal minúscula dentro de un océano de ruido. La respuesta estaba en los reactores nucleares, auténticas fábricas de antineutrinos.

El proyecto Poltergeist y dos destellos de luz

Frederick Reines y Clyde Cowan instalaron su experimento junto al reactor de Savannah River, en Carolina del Sur, Estados Unidos. Lo bautizaron Proyecto Poltergeist, una referencia bastante honesta al supuesto espíritu que atravesaba la materia sin dejarse ver.

Los investigadores no observaron directamente el antineutrino. Detectaron las consecuencias de una de sus rarísimas colisiones con un protón: la aparición de un positrón y un neutrón. El positrón generaba una primera señal luminosa al encontrarse con un electrón; el neutrón producía otra, ligeramente retrasada, al ser capturado por un núcleo. Dos destellos separados por un intervalo característico. Ahí estaba la firma.

El 14 de junio de 1956, Reines y Cowan enviaron un telegrama a Pauli para comunicarle que la partícula finalmente había sido detectada. El trabajo apareció en Science el 20 de julio de 1956, fecha cuyo 70.º aniversario conmemora la comunidad científica. Reines recibió en 1995 la mitad del Premio Nobel de Física por aquella detección. Cowan había fallecido en 1984 y los Nobel no se conceden de manera póstuma; la ciencia también conserva sus normas burocráticas, faltaría más.

La masa existe, aunque nadie haya logrado pesarla del todo

Durante años, el Modelo Estándar de la física de partículas consideró que los neutrinos no tenían masa. Era una construcción teórica espléndida, una catedral matemática capaz de describir gran parte de la materia conocida. El neutrino, sin embargo, acabó abriendo una grieta en el Modelo Estándar.

Los experimentos Super-Kamiokande, en Japón, y Sudbury Neutrino Observatory, en Canadá, demostraron que los neutrinos pueden cambiar de un tipo a otro mientras se desplazan. Ese fenómeno se conoce como oscilación de neutrinos. Para que la transformación sea posible, los distintos estados de la partícula deben tener masas diferentes y, por tanto, al menos algunos neutrinos han de pesar algo.

El descubrimiento valió el Nobel de Física de 2015 a Takaaki Kajita y Arthur B. McDonald. También confirmó que el Modelo Estándar, al menos en su formulación original, no puede ser la explicación completa de la materia. Funciona de forma admirable, sí, pero no llega hasta el sótano.

Las oscilaciones permiten calcular las diferencias entre las masas, no su valor absoluto. El experimento alemán KATRIN, que estudia la desintegración del tritio, estableció en 2025 que la masa del neutrino debe ser inferior a 0,45 electronvoltios divididos por la velocidad de la luz al cuadrado. Es menos de una millonésima parte de la masa del electrón. Un límite extraordinariamente preciso, aunque sigue siendo un límite, no una medición definitiva.

Tampoco se conoce el orden de los tres estados de masa. Podría existir una jerarquía normal, con dos estados ligeros y uno más pesado, o una jerarquía invertida, con dos pesados y uno ligero. Parece una diferencia académica, de esas que caben en una pizarra. No lo es: el resultado condicionaría las teorías sobre el origen de la masa y sobre la evolución del universo.

Neutrino y antineutrino, quizá la misma partícula

Otro de los grandes misterios consiste en determinar si el neutrino es distinto de su antipartícula. La mayoría de las partículas conocidas poseen una antipartícula separada. El electrón tiene al positrón, por ejemplo. Pero una partícula eléctricamente neutra podría ser su propia antipartícula.

Si el neutrino y el antineutrino fueran en realidad la misma entidad, el neutrino sería una partícula de Majorana. Si fueran diferentes, se comportaría como una partícula de Dirac, igual que el electrón. La distinción no es una extravagancia terminológica: podría explicar por qué su masa es tan pequeña y abrir una vía hacia una física situada más allá del Modelo Estándar.

Los experimentos buscan una señal conocida como doble desintegración beta sin neutrinos. Su observación demostraría que el neutrino es su propia antipartícula. Hasta el momento no existe una detección confirmada. El fantasma continúa escondiendo el pasaporte.

También se investiga si neutrinos y antineutrinos se comportan de manera ligeramente distinta, una posible violación de la simetría entre materia y antimateria. Una diferencia de este tipo pudo contribuir a que el universo terminara dominado por la materia, pese a que el Big Bang debería haber producido cantidades semejantes de ambas. No hay una respuesta cerrada. Hay indicios, modelos y experimentos cada vez más precisos.

Detectores gigantes para capturar interacciones minúsculas

La nueva generación de observatorios afronta esas preguntas con instrumentos de dimensiones casi absurdas. Es la paradoja de esta rama de la física: para estudiar lo más pequeño hay que construir algo enorme.

El observatorio JUNO, situado bajo tierra en el sur de China, contiene unas 20.000 toneladas de líquido centelleador dentro de una gran esfera rodeada por decenas de miles de sensores. Registra antineutrinos procedentes de centrales nucleares situadas a unos 53 kilómetros y pretende determinar el orden de las masas.

Sus primeros resultados científicos, publicados en junio de 2026 a partir de 59 días de datos, han mejorado en torno a 1,6 veces la precisión conjunta alcanzada durante décadas para dos parámetros fundamentales de la oscilación. Todavía no han resuelto la jerarquía de masas, pero confirman que el detector funciona con la sensibilidad necesaria. El reloj ya corre.

En Estados Unidos avanza DUNE, un proyecto que enviará un haz de neutrinos desde Fermilab, cerca de Chicago, hasta un detector instalado 1.300 kilómetros más lejos y a más de un kilómetro bajo tierra en Dakota del Sur. El experimento comparará el comportamiento de neutrinos y antineutrinos, buscará nuevas partículas y podrá observar la llegada de neutrinos procedentes de una supernova.

Bajo el Mediterráneo, el telescopio KM3NeT utiliza miles de sensores para registrar la tenue luz producida por partículas secundarias en el agua. En 2025 se publicó el análisis del neutrino cósmico más energético observado hasta entonces por este sistema: generó un muón con una energía estimada de unos 120 petaelectronvoltios. Su origen exacto continúa sin identificarse. Pudo nacer en un acelerador cósmico desconocido o durante la interacción de rayos cósmicos extremos con la radiación que llena el universo.

Los neutrinos resultan especialmente útiles para buscar esas fuentes porque carecen de carga eléctrica. Los campos magnéticos no desvían su trayectoria, de modo que conservan mejor la dirección del lugar del que proceden. Son mensajeros del cosmos bastante limpios, aunque llegan sin remite.

Una partícula diminuta con cuentas pendientes

La detección de 1956 confirmó que el neutrino no era un truco matemático inventado para salvar el principio de conservación de la energía. Desde entonces ha permitido estudiar el funcionamiento del Sol, observar neutrinos de supernovas, explorar el interior terrestre y descubrir que las partículas pueden cambiar de identidad durante el viaje.

Pero el aniversario no encuentra una historia terminada. La masa absoluta del neutrino sigue sin medirse, su jerarquía permanece abierta, su relación con el antineutrino continúa en discusión y el origen de los ejemplares cósmicos más energéticos aún se pierde entre galaxias, agujeros negros y fenómenos que quizá ni siquiera se conocen.

Setenta años después, la partícula fantasma conserva algo poco habitual en la ciencia contemporánea: la capacidad de poner en duda una teoría muy exitosa sin hacer ruido. Atraviesa el universo, atraviesa nuestros cuerpos y, de paso, atraviesa también algunas de las certezas más cómodas de la física.

Publicado por: Alessandro Elia

Fuente de esta noticia: https://donporque.com/neutrino-70-anos/

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