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Comprueban que hay que mejorar los modelos de los neutrinos, esenciales para entender el origen del universo

Los neutrinos pueden ser claves para resolver el misterio de los inicios del cosmos, pero primero hay que hacer “importantes actualizaciones” en los modelos, advierte esta semana un grupo de físicos en la revista Nature tras realizar experimentos más sencillos con otras partículas, los electrones. 

Las mediciones de los neutrinos dependen de modelos que predicen cómo estas partículas subatómicas interactúan con los núcleos de los átomos. / EFE | DOE's Jefferson Lab

Los neutrinos, una de las partículas más esquivas del universo, podrían tener la llave para resolver por fin el misterio de los orígenes de nuestro universo, dominado por la materia, y ya están en marcha los preparativos de importantes experimentos de millones de euros para revelar los secretos de estas partículas, explica un comunicado del laboratorio Thomas Jefferson del departamento de Energía de Estados Unidos.

Estas partículas subatómicas son omnipresentes, generadas en gran número por las estrellas de todo el universo. Aunque son frecuentes, estas “tímidas partículas” rara vez interactúan con la materia, lo que hace que sean muy difíciles de estudiar.

Los métodos y modelos que se utilizan para estudiar los neutrinos deben ser mejorados para alcanzar la precisión necesaria en los grandes experimentos que están en marcha, advierte un grupo de físicos

Sus mediciones dependen de modelos que predicen cómo los neutrinos interactúan con los núcleos de los átomos: los neutrinos no se pueden detectar directamente, pero sí de manera indirecta si se observan las partículas que se emiten cuando estos interaccionan con los núcleos atómicos.

Ahora un grupo de físicos publica un estudio en la revista Nature donde se advierte sobre la necesidad de hacer “importantes actualizaciones” en los modelos de estas partículas para que los experimentos logren resultados de alta precisión.

Esta es la conclusión de una investigación llevada a cabo en la instalación del acelerador Thomas Jefferson: “El resultado es, en realidad, para señalar que hay aspectos de los métodos y modelos de reconstrucción energética que deben ser mejorados” para que los proyectos en marcha alcancen la precisión necesaria para lograr los objetivos esperados.

Según los autores, se necesita una mejor comprensión de cómo estos se relacionan con la materia para aprovechar al máximo los próximos experimentos.

Los neutrinos se pueden detectar de manera indirecta si se observan las partículas que se emiten cuando interaccionan con los núcleos atómicos

Existe un fenómeno, que se conoce como oscilación de neutrinos, en el que los neutrinos cambian de un tipo a otro. “Es interesante estudiarlo porque no se conoce bien”, afirma Mariana Khachatryan, coautora del estudio e investigadora asociada en la Universidad Internacional de Florida (EE UU).

Una forma de estudiar esta oscilación es construir detectores gigantes y ultrasensibles para medir los neutrinos en las profundidades del subsuelo.

"La forma en que los físicos lo hacen es midiendo todas las partículas que salen de la interacción de los neutrinos con los núcleos, y reconstruyendo la energía del neutrino entrante para aprender más sobre estos, sus oscilaciones, y para medirlas con mucha, mucha precisión", detalla por su parte Adi Ashkenazi, de la Universidad de Tel Aviv (Israel).

Para ello, se usa una simulación teórica llamada Genie, que permite a los físicos inferir las energías de los neutrinos entrantes. Genie es una amalgama de muchos modelos que ayudan a reproducir ciertos aspectos de las interacciones entre los neutrinos y los núcleos.

La ayuda del electrón

Dado que se conoce tan poco sobre estos, es difícil probar directamente Genie, por eso para esta investigación se recurrió a “una humilde partícula” de la que los físicos saben mucho más: el electrón, ya que ambas tienen muchas cosas en común. “Utilizamos los estudios de los electrones para validar los modelos de interacción entre neutrinos y núcleos”, apunta Khachatryan.

El equipo utilizó una versión de Genie basada en la dispersión de electrones (e-GENIE) para probar los mismos algoritmos que utilizarán los investigadores de neutrinos.

Si el modelo no funciona para los electrones, donde estamos hablando del caso más simplificado, nunca funcionará para los neutrinos

Afroditi Papadopoulou, coautora del estudio

“Usamos exactamente la misma simulación que utilizan los experimentos de neutrinos y utilizamos las mismas correcciones”, explicó Afroditi Papadopoulou, también firmante del estudio, “y si el modelo no funciona para los electrones, donde estamos hablando del caso más simplificado, nunca funcionará para los neutrinos”.

Sin embargo, cuando se utilizó Genie para modelar los datos, su rendimiento no fue el esperado: “esto puede sesgar los resultados de la oscilación de neutrinos”, advierte.

Según el equipo, el objetivo es lograr una amplia concordancia entre los datos y los modelos, lo que ayudará a garantizar que los experimentos DUNE (Estados Unidos) e Hyper-Kamiokande (Japón) puedan alcanzar los resultados de alta precisión que se esperan.

Referencia:

Khachatryan et al. “Electron-beam energy reconstruction for neutrino oscillation measurements”. Nature 2021

Fuente:
EFE
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