Dos grandes experimentos con neutrinos en EE. UU. y Japón se unen para resolver el misterio de la materia y la antimateria

En los primeros instantes del universo, materia y antimateria existieron en perfecta simetría. Sin embargo, algo rompió ese equilibrio, permitiendo que una mínima fracción de materia sobreviviera y formara las galaxias, los planetas y la vida misma. Ahora, dos de los mayores experimentos de neutrinos del mundo, en Estados Unidos y Japón, han unido sus fuerzas para acercarse a la respuesta de ese enigma cósmico.

Los proyectos NOvA, en Minnesota, y T2K, en Japón, han combinado sus datos por primera vez en un análisis conjunto publicado en la revista Nature. Esta colaboración ofrece una de las mediciones más precisas hasta ahora sobre el comportamiento de los neutrinos, las partículas más escurridizas y misteriosas del cosmos.

Una colaboración sin precedentes entre Estados Unidos y Japón

El experimento NOvA, con base en el Laboratorio Fermi cerca de Chicago, lanza haces de neutrinos que recorren 810 kilómetros bajo tierra hasta un detector de 14.000 toneladas en Minnesota. En paralelo, el experimento T2K envía sus propias partículas desde Tokai hasta Kamioka, a 295 kilómetros de distancia, donde un enorme tanque de agua ultrapura detecta las señales. Ambos buscan lo mismo: entender cómo los neutrinos cambian de tipo mientras viajan.

Estas partículas fantasmales, que apenas interactúan con la materia, existen en tres “sabores”: electrónico, muónico y tau. A medida que viajan, pueden transformarse de uno a otro en un fenómeno conocido como oscilación de neutrinos. Detectar estas transformaciones con precisión es crucial para comprender su naturaleza y el papel que podrían haber desempeñado en el nacimiento del universo.

Al unir sus resultados, los equipos de NOvA y T2K buscan reducir la incertidumbre y distinguir entre los distintos escenarios que podrían explicar por qué el cosmos está hecho de materia y no de antimateria.

Los neutrinos y la asimetría que pudo salvar al universo

Cada neutrino tiene su equivalente en antimateria: el antineutrino. Si ambos se comportaran exactamente igual, el universo debería haberse aniquilado en sus primeros instantes. Pero si existiera una ligera diferencia en la forma en que cambian de tipo o interactúan, esa asimetría podría haber permitido que una pequeña fracción de materia sobreviviera.

Esa es la hipótesis que los científicos intentan comprobar. “Si los neutrinos y antineutrinos no son perfectamente simétricos, podríamos estar viendo la pista fundamental de por qué existimos”, explica Ryan Patterson, físico del Instituto Tecnológico de California (Caltech) y codirector del experimento NOvA.

El desafío está en medir diferencias diminutas entre partículas que atraviesan la Tierra casi sin dejar rastro. Cada dato obtenido es un paso más para entender cómo se formó la estructura misma del universo.

Qué revelan los nuevos resultados combinados

El análisis conjunto publicado en Nature confirma que los neutrinos cambian de tipo de manera coherente con los modelos actuales, pero sin descartar una posible asimetría. Los datos no son aún concluyentes, aunque reducen significativamente el margen de error y permiten excluir algunos escenarios teóricos.

Los científicos también avanzan en la resolución de otro gran misterio: el orden relativo de las masas de los tres tipos de neutrinos. Conocerlo ayudará a comprender mejor su papel en la evolución del universo y su relación con fenómenos cósmicos de gran energía.

El futuro de la física de neutrinos

Los próximos pasos llegarán con una nueva generación de experimentos. En Estados Unidos, el proyecto DUNE (Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos) ampliará la distancia a 1.300 kilómetros entre su fuente en Fermilab y su detector en Dakota del Sur, aumentando la sensibilidad a las oscilaciones. En Japón, Hyper-Kamiokande reemplazará a Super-Kamiokande con un volumen de detección aún mayor, mientras que China prepara su propio observatorio de neutrinos en Jiangmen.

Cuando estos experimentos entren en funcionamiento, ofrecerán datos suficientes para confirmar o descartar definitivamente la asimetría entre neutrinos y antineutrinos. Si la hipótesis se confirma, los científicos habrán dado un paso crucial para explicar por qué el universo no es un vacío de energía, sino un lugar lleno de materia, galaxias y vida.

Dos continentes, un mismo objetivo: entender cómo unas partículas casi invisibles pudieron decidir el destino del cosmos.