El análisis conjunto de datos de dos de los grandes experimentos globales sobre neutrinos, el NOvA y el T2K, revela más información sobre el comportamiento de estas partículas fundamentales tan difíciles de estudiar. En concreto, desvela detalles de cómo se mezclan los neutrinos y su proceso de oscilación, útil para investigar la asimetría entre la materia y la antimateria en el universo.
Los neutrinos son una de las partículas fundamentales más rodeadas de incógnitas por lo difíciles que son de estudiar. Pero estas partículas también tienen el potencial de esclarecer los orígenes de la materia en el universo.
Ahora, un análisis de los datos en conjunto de dos de los grandes experimentos mundiales con neutrinos, el NOvA y el T2K, revela un poco más de su comportamiento.
En concreto, el trabajo establece límites más estrictos en las mediciones clave que describen cómo se mezclan estas partículas y proporciona más información sobre el proceso de oscilación de neutrinos, que puede utilizarse para investigar la asimetría entre la materia y la antimateria en el universo. Los resultados se publican en la revista Nature.
Mayly Sánchez, de la Universidad Estatal de Florida y una de las coordinadoras del trabajo por parte del proyecto NOvA, explica a SINC que los neutrinos “son partículas muy pequeñas, casi sin masa, que fluyen a través de todo lo que nos rodea”.
“Son partículas muy misteriosas que cambian de un tipo o ‘sabor’ a otro mientras viajan. Esto ocurre porque cada ‘sabor’ es en realidad una mezcla de tres estados de neutrinos con masas ligeramente diferentes”, sigue Sánchez. Este proceso se denomina oscilación de neutrinos.
A medida que los estados de masa viajan, se desincronizan, lo que provoca que la identidad de la partícula cambie u “oscile” de un sabor a otro. “Esta propiedad, descubierta a finales de la década de 1990, nos dice que los neutrinos tienen masa, algo que no se incluye en el Modelo Estándar de la física de partículas”, señala la investigadora.
El estudio de este proceso puede revelar detalles sobre la masa de los neutrinos y cómo se mezclan los sabores, incluyendo si existe alguna diferencia, o asimetría, entre la forma en que oscilan los neutrinos y los antineutrinos (su contraparte de antimateria).
La identificación de asimetrías puede ayudar a explicar el origen de la prevalencia actual de la materia sobre la antimateria en el Universo. Una de las condiciones necesarias para ello es que se produzca lo que se conoce como violación de la simetría de carga y paridad (CP). Los experimentos de oscilación de neutrinos realizados en las últimas décadas han proporcionado algunas pistas sobre este fenómeno, pero aún quedan muchas preguntas sin respuesta.
Dos de estos experimentos son NOvA y T2K, que se están llevando a cabo actualmente en Estados Unidos y Japón, respectivamente, y que detectan neutrinos que han viajado cientos de kilómetros a través de la Tierra desde un complejo acelerador hasta un detector.
Esta combinación de datos ofrece una imagen más clara de cómo los neutrinos cambian de sabor a medida que viajan por el espacio
La novedad de este nuevo trabajo es que se han analizado conjuntamente los datos obtenidos en ambos experimentos. “Esta combinación de datos ofrece una imagen más clara de cómo los neutrinos cambian de sabor a medida que viajan por el espacio”, dice Sánchez.
“El estudio conjunto revela que los datos, que en un principio parecían incompatibles, son en realidad compatibles entre sí dentro de lo que se conoce como el modelo estándar de neutrinos de tres sabores. Establecen límites más estrictos en las mediciones clave que describen cómo se mezclan los neutrinos y también dan pistas sobre cuál podría ser la fase que conecta con la asimetría materia-antimateria del universo”, puntualiza la investigadora.
Los resultados revelan una estimación precisa del parámetro que rige la diferencia en las oscilaciones entre neutrinos y antineutrinos. Si bien la asimetría entre neutrinos y antineutrinos no se observa directamente, los datos sugieren que es posible una violación de la simetría entre las dos partículas.
“Cuando los experimentos T2K y NOvA analizan sus datos por separado, cada uno solo ve una parte del panorama, ya que son sensibles a cosas diferentes. Por ejemplo, uno es más sensible a cómo los neutrinos y los antineutrinos podrían comportarse de manera diferente, mientras que el otro investiga cómo los neutrinos interactúan con la materia y el orden de las masas diminutas. Cuando combinamos los datos de ambos experimentos, aprendimos mucho de las técnicas y los puntos fuertes de cada uno de ellos”, relata Sánchez.
Uno es más sensible a cómo los neutrinos y los antineutrinos podrían comportarse de manera diferente, mientras que el otro investiga cómo los neutrinos interactúan con la materia y el orden de las masas diminutas
La investigadora puntualiza que, aunque el análisis combinado aún no ha descubierto una prueba irrefutable del orden de las masas de los neutrinos, “ha mejorado la precisión de lo que sabemos, ha confirmado que los resultados de los experimentos son compatibles y ha avanzado los métodos que permitirían futuros avances”.
Para Anselmo Cervera, investigador del Instituto de Física Corpuscular (IFIC) y que no ha participado en el estudio, explica a SINC que la relevancia del estudio reside en que los dos experimentos usan técnicas de detección y haces de neutrinos diferentes, por lo que combinar sus resultados “no es trivial”.
“Este es el primer análisis combinado de dos experimentos de neutrinos actuales. Su importancia radica en que es un análisis exhaustivo realizado en colaboración por los dos experimentos y no por usuarios externos que combinan la información publicada”, señala Cervera.
Según Cervera, con estos resultados se revela que, en el caso de demostrarse que la jerarquía de masas es inversa, habría evidencia de que existe violación de la simetría CP en los neutrinos y elucidaría el porqué de la prevalencia de materia frente a la antimateria en el universo.
La cooperación de estos grandes experimentos independientes en Japón y Estados Unidos es un logro que sienta las bases para que los experimentos actuales y de próxima generación (como DUNE e Hyper-Kamiokande) aporten nuevos descubrimientos.
Por su parte, Sánchez, autora del trabajo, señala que “a pesar de la combinación de estos dos conjuntos de datos muy significativos, el sector de los neutrinos sigue siendo misterioso, aún no conocemos con precisión las propiedades fundamentales de los neutrinos y eso en sí mismo es un descubrimiento”.
Referencia:
The NOvA Collaboration & The T2K Collaboration. Joint neutrino oscillation analysis from the T2K and NOvA experiments. Nature (2025).
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