Varias veces durante los últimos años, en lo profundo de una montaña en el centro de Italia, un neutrino, la partícula más ligera y esquiva que conocemos, se convirtió en un electrón, produciendo un débil hilo de luz. Afortunadamente, uno de los detectores más sensibles jamás construidos fue enterrado allí para captar ese brillo fugaz y registrar la presencia fantasmal de los neutrinos.
Hoy, la colaboración XENON anunció en un seminario web que su experimento, XENONnT, ha detectado las colisiones de neutrinos más débiles jamás presenciadas. El resultado, que tiene menos de una probabilidad entre un millón de ser una casualidad estadística, muestra hasta dónde han llegado los físicos en su búsqueda del trozo faltante del universo conocido como materia oscura, y hasta dónde les queda por llegar.
“Este es un hito importante para contribuir a la física de los neutrinos de baja energía”, afirma Masatoshi Kobayashi, físico de la Universidad de Nagoya en Japón, quien codirigió el análisis.
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Los neutrinos, que se producen en el Sol y en otras fuentes astrofísicas y viajan constantemente a través de la Tierra, son muy difíciles de medir. Un neutrino rara vez choca con una partícula a su paso, y los detectores sólo han detectado esas colisiones cuando han sido lo suficientemente violentas como para brillar por encima del ruido. Otros han sido demasiado silenciosos: han producido sólo una milmillonésima parte de la energía de las colisiones protón-protón en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, el acelerador de partículas más potente de la Tierra. Estos neutrinos solares todavía viajan cerca de la velocidad de la luz, pero su energía ha sido demasiado baja para ser registrada por los instrumentos de cualquier experimento anterior.
Pero XENONnT pudo verlos porque estaba buscando algo aún más esquivo. Durante décadas, la colaboración XENON ha estado atrapada en una carrera internacional para encontrar materia oscura, que constituye aproximadamente el 85 por ciento de la materia del universo. Se cree que la materia oscura está formada por partículas que pasan a través de nosotros todo el tiempo pero que son tan inertes que no han dejado rastro en los experimentos de detección que se encuentran repartidos por todo el mundo.
Después de décadas de perfeccionamiento, estos experimentos son ahora tan sensibles que pueden presenciar fenómenos sin precedentes, como la más rara y débil explosión de un neutrino solar. Para muchos investigadores, esta detección es en realidad una advertencia de un futuro sombrío. En poco tiempo, este avance del progreso tecnológico chocará contra un muro: nuestras observaciones se verán inundadas por neutrinos solares, lo que nos hará imposible distinguir la materia oscura de sus frecuentes destellos de fondo. “Este resultado muestra que realmente estamos alcanzando el nivel de fondo equivalente a los neutrinos”, afirma Kobayashi. Hasta entonces, al menos, los físicos están viendo algo.
“Por supuesto, todavía estamos persiguiendo esa señal de materia oscura, pero lo que hemos encontrado aquí es realmente emocionante”, dice Luca Grandi, profesor de la Universidad de Chicago y miembro de XENON. “Es una poderosa señal de hasta qué punto ha madurado la tecnología”.
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