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Después de la aparición del Higgs en los experimentos del CERN en el 2012, se extendió la idea de que se había logrado por fin completar el Modelo Estándar pues se tenían, finalmente, todas las piezas fundamentales para explicar el Universo.

Sin embargo, no fue así. Y la razón de ello está, en gran medida, relacionada con los neutrinos.

Los neutrinos, al igual que los electrones, forman parte de las partículas elementales que, según el Modelo Estándar, son los pequeñísimos ladrillos que constituyen el Universo.

En un principio, el Modelo Estándar describía a los neutrinos como partículas sin masa porque esta suposición era compatible con todas las mediciones relacionadas con los neutrinos realizadas hasta entonces, las cuales debían vencer un reto importante: los neutrinos prácticamente no interaccionan con la materia que nos es familiar. Aunque todo el tiempo estamos siendo atravesados por neutrinos, no hay ningún efecto de ello.

Pero Super-Kamiokande, un sofisticado experimento japonés capaz de contar los distintos tipos de neutrinos, echó por tierra esta hipótesis desde finales de los años 90: los neutrinos tienen masa, pero muy pequeña (incluso mucho más pequeña que la del electrón).

Esta inconsistencia entre la modelación del neutrino en el Modelo Estándar y la prueba experimental de que tiene masa ha demostrado la necesidad de encontrar los mecanismos que hacen que los neutrinos adquieran masa, explica José W.F. Valle, físico de nacionalidades brasileña y española miembro del Instituto de Física Corpuscular en Valencia, España.

José W. F. Valle. Foto: www.astroparticles.es.

Valle trabaja en física de altas energías y astropartículas, es experto en la física de neutrinos, y visitó el IFUNAM el 4 de diciembre del 2014 para impartir la charla “La ruta de los neutrinos desde el Big-Bang hasta ahora”.

Valle explica que lo especial de los neutrinos masivos es que esta propiedad les permite participar en el proceso de “oscilación”. La oscilación de neutrinos consiste en la transformación espontánea de un neutrino de uno de los tres posibles tipos (o “sabores”) a un neutrino de otro tipo, lo cual es imposible para los neutrinos sin masa.

Es como si una persona pasara espontáneamente de un tipo de complexión (delgado) a otra (obeso). No podría ocurrir esta oscilación si la persona no tuviera masa, porque entonces no habría nada que variara. De hecho, lo que demostró Super-Kamiokande fue precisamente la existencia de la oscilación de neutrinos.

Valle y sus colegas intentan responder algunas preguntas pendientes como: ¿Cuál es el origen de la masa del neutrino? ¿Por qué es tan pequeña comparada con la masa de todos los fermiones cargados?

Parte de la respuesta es que el Higgs le proporciona una masa como a todas las otras partículas elementales, pero no es posible entender por qué es tan pequeña. Así como se encontró el Higgs, la comunidad científica se pregunta si será posible encontrar a otras posibles partículas productoras de la masa del neutrino por medio del acelerador de protones del CERN.

José W. F. Valle, experto en neutrinos en el IFUNAM.

José Valle concluye que la investigación profunda de la física de neutrinos puede llevar al conocimiento de los primeros años de la formación del Universo, pues toda la materia es transparente a los neutrinos (pueden atravesar todo), de tal manera que exploran cada objeto por el que pasan y, al llegar a ser detectados, ya sea por astrónomos o físicos de partículas, pueden proporcionar a los científicos información del pasado remoto del Universo, es decir, si fueron originados en el Universo temprano, traen información de todo lo que atravesaron durante los primeros minutos transcurridos después del Big-Bang.

“A pesar de todos los años en que se ha desarrollado la ciencia del Universo, el Modelo Estándar, que es el que mejor explica la composición del Universo, sigue habiendo muchos dilemas sin resolver”, concluye Valle.