¿Por qué los neutrinos pueden ser la clave para resolver el misterio de los orígenes del universo?

Los neutrinos pueden ser la clave para resolver el misterio de los orígenes del universo, pero primero hay que hacer “importantes actualizaciones” en los modelos de estas partículas para que los experimentos logren resultados de alta precisión, advierte un grupo de físicos en la revista Nature.

Esta es la conclusión de una investigación llevada a cabo en la instalación del acelerador Thomas Jefferson del departamento de Energía de Estados Unidos: “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.

Los neutrinos pueden ser la clave para resolver por fin el misterio de los orígenes de nuestro universo, dominado por la materia, y ya están en marcha los preparativos de dos importantes experimentos de mil millones de euros (unos 1.120 millones de dólares) para revelar los secretos de estas partículas, explica un comunicado del Thomas Jefferson.

Los neutrinos son omnipresentes, generados 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.

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 de los átomos.

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

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

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.

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.

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 (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.

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

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”.

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.

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