Un equipo internacional de físicos, incluidos investigadores de Rutgers, ha concluido que un cuarto tipo de neutrino hipotético, conocido como neutrino estéril, probablemente no existe. Utilizando el experimento MicroBooNE en Fermilab, analizaron datos de dos haces de neutrinos durante diez años y no encontraron evidencia de él con un 95% de certeza. Los hallazgos, publicados en Nature, desafían explicaciones previas para el comportamiento anómalo de los neutrinos.
El experimento MicroBooNE, realizado en el Fermi National Accelerator Laboratory del Departamento de Energía de EE.UU. en Batavia, Illinois, empleó un gran detector de argón líquido para rastrear interacciones de neutrinos. Los neutrinos, partículas diminutas que atraviesan la materia con mínima interacción, existen en tres sabores conocidos —electrón, muón y tau— según el Modelo Estándar de la física de partículas. Estos pueden oscilar, o cambiar de tipo, durante su viaje.
Observaciones previas de anomalías en neutrinos llevaron a los científicos a proponer un neutrino estéril, que interactuaría solo mediante la gravedad y eludiría la detección estándar. Para probar esto, el equipo de MicroBooNE recopiló datos de dos haces: uno de la fuente Booster y otro del haz NuMI (Neutrinos from the Main Injector). Tras una década de mediciones, no detectaron signos de producción u oscilación de neutrinos estériles, descartando efectivamente esta hipótesis con un nivel de confianza del 95%.
Andrew Mastbaum, profesor asociado de física en la Universidad de Rutgers y miembro del liderazgo de MicroBooNE, destacó las implicaciones. «Este resultado impulsará ideas innovadoras en la investigación de neutrinos para entender qué está pasando realmente», dijo. «Podemos descartar a un gran sospechoso, pero eso no resuelve del todo el misterio».
Estudiantes de posgrado de Rutgers contribuyeron significativamente: Panagiotis Englezos gestionó el procesamiento de datos y simulaciones, mientras que Keng Lin validó el flujo de neutrinos del haz NuMI. Mastbaum coordinó las herramientas de análisis, abordando incertidumbres sistemáticas como las interacciones neutrino-núcleo y las respuestas del detector.
El descubrimiento estrecha las búsquedas de física más allá del Modelo Estándar, que no explica la materia oscura, la energía oscura ni la gravedad. También perfecciona las técnicas de detección con argón líquido para proyectos futuros como el Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Como señaló Mastbaum, «Con modelado cuidadoso y enfoques de análisis ingeniosos, el equipo de MicroBooNE ha extraído una cantidad increíble de información de este detector». Estos métodos indagarán preguntas más profundas sobre la materia y los orígenes del universo.