En lo profundo de una montaña en Italia, en el metro cúbico más frío del universo conocido, los científicos están buscando evidencia de que las partículas fantasmales llamadas neutrinos actúen como sus propios compañeros de antimateria. Lo que estos investigadores encuentran podría explicar el desequilibrio de la materia y la antimateria en el universo.
Hasta ahora, han venido con las manos vacías.
Los últimos resultados de los primeros dos meses del experimento CUORE (Observatorio criogénico subterráneo para eventos raros) en Gran Sasso, Italia, no muestran indicios de un proceso que demuestre que los neutrinos, que son generados por la radiación cósmica, son sus propios socios antimateria. Esto significa que si el proceso ocurre, ocurre tan raramente que ocurre aproximadamente una vez cada 10 septillones (10 ^ 25) años.
El objetivo final de este experimento es resolver uno de los acertijos más duraderos del universo, y uno que sugiera que ni siquiera deberíamos estar aquí. Ese enigma existe porque el Big Bang teórico, en el que se dice que una pequeña singularidad se ha inflado durante más de 13.8 mil millones de años para formar el universo, debería haber resultado en un universo con 50 por ciento de materia y 50 por ciento de antimateria.
Cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan y se vuelven inexistentes.
Pero eso no es lo que vemos hoy. En cambio, nuestro universo es principalmente materia, y los científicos están luchando por descubrir qué pasó con toda la antimateria.
Ahí es donde entran los neutrinos.
¿Qué son los neutrinos?
Los neutrinos son pequeñas partículas elementales prácticamente sin masa. Cada uno es más pequeño que un átomo, pero son algunas de las partículas más abundantes en la naturaleza. Al igual que los fantasmas, pueden atravesar personas y paredes sin que nadie (incluso los neutrinos) se den cuenta.
La mayoría de las partículas elementales tienen una contraparte de antimateria extraña, llamada antipartícula, que tiene la misma masa que su compañero de materia normal pero la carga opuesta. Pero los neutrinos son un poco raros por sí solos, ya que apenas tienen masa y no tienen carga. Entonces, los físicos han supuesto que podrían ser sus propias antipartículas.
Cuando una partícula actúa como su propia antipartícula, se llama partícula Majorana.
"Las teorías que tenemos actualmente simplemente no nos dicen si los neutrinos son o no del tipo Majorana. Y es algo muy interesante de buscar, porque ya sabemos que nos falta algo sobre los neutrinos", dijo la física teórica Sabine. Hossenfelder, miembro del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt en Alemania, dijo a Live Science. Hossenfelder, que no forma parte de CUORE, se refiere a las extrañas características inexplicables de los neutrinos.
Si los neutrinos son Majoranas, entonces podrían hacer la transición entre la materia y la antimateria. Si la mayoría de los neutrinos se transformaron en materia ordinaria en el inicio del universo, según los investigadores, esto podría explicar por qué la materia supera la antimateria hoy en día y por qué existimos.
El experimento CUORE
Estudiar los neutrinos en un laboratorio típico es difícil, porque rara vez interactúan con otra materia y son extremadamente difíciles de detectar: miles de millones pasan a través de ti sin ser detectados cada minuto. También es difícil distinguirlos de otras fuentes de radiación. Es por eso que los físicos necesitaban ir bajo tierra, a casi una milla (1,6 kilómetros) debajo de la superficie de la Tierra, donde una esfera de acero gigante encierra un detector de neutrinos administrado por el Gran Sasso National Laboratory del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear.
Este laboratorio es el hogar del experimento CUORE, que busca evidencia de un proceso llamado desintegración doble beta sin neutrinos, otra forma de decir que los neutrinos actúan como sus propias antipartículas. En un proceso normal de desintegración beta doble, un núcleo se desintegra y emite dos electrones y dos antineutrinos. Sin embargo, la desintegración doble beta sin neutrinos no emitiría ningún antineutrino, porque estos antineutrinos podrían servir como sus propias antipartículas y se aniquilarían entre sí.
En su intento de "ver" este proceso, los físicos observaron la energía emitida (en forma de calor) durante la descomposición radiactiva de un isótopo de teluro. Si ocurriera una desintegración doble beta sin neutrinos, habría un pico a cierto nivel de energía.
Para detectar y medir con precisión esta energía térmica, los investigadores diseñaron el metro cúbico más frío del universo conocido. Lo comparan con un termómetro enorme con casi 1,000 cristales de dióxido de teluro (TeO2) que operan a 10 milicelvin (mK), que es menos 459.652 grados Fahrenheit (menos 273.14 grados Celsius).
A medida que los átomos de teluro radiactivo se descomponen, estos detectores buscan ese pico de energía.
"La observación de que los neutrinos son sus propias antipartículas sería un descubrimiento significativo y requeriría que reescribiéramos el Modelo estándar comúnmente aceptado de física de partículas. Nos diría que hay un mecanismo nuevo y diferente para que la materia tenga masa", investigador del estudio Karsten Heeger, profesor de la Universidad de Yale, le dijo a Live Science.
E incluso si CUORE no puede demostrar definitivamente que el neutrino es su propia antipartícula, la tecnología utilizada en el estudio puede tener otros usos, dijo Lindley Winslow, profesora asistente de física en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y parte del equipo de CUORE.
"La tecnología que enfría CUORE hasta 10 mK es la misma que se usa para enfriar los circuitos superconductores para la computación cuántica. La próxima generación de computadoras cuánticas puede vivir en un criostato estilo CUORE. Podría llamarnos adoptadores tempranos", dijo Winslow a Live Ciencias.
