Rarezas en las mediciones de los reactores nucleares que no se deben a una nueva partícula

Acercarse / Un diagrama de la matriz de detectores en STEREO (izquierda) y su ubicación cerca de un reactor nuclear (derecha).

Loris Scola – CEA

Los neutrinos son probablemente las partículas más extrañas que conocemos. Son mucho, mucho más ligeras que cualquier otra partícula con masa, y solo interactúan con otra materia a través de la fuerza débil, lo que significa que apenas interactúan con nada. Se han identificado tres tipos (o sabores) de neutrinos y cada partícula individual no tiene una identidad fija. En cambio, puede verse como una superposición cuántica de los tres sabores y oscilará entre estas identidades.

Como si todo eso fuera poco, una serie de extrañas mediciones han sugerido que puede haber un cuarto tipo de neutrino que ni siquiera interactúa a través de la fuerza débil, lo que hace imposible la detección. Estos «neutrinos estériles» podrían explicar potencialmente las diminutas masas de otros neutrinos, así como la existencia de materia oscura, pero todo el asunto «indetectable» dificulta abordar directamente su existencia.

Las pistas más fuertes de su presencia provienen de extraños resultados de medición en experimentos con otros tipos de neutrinos. Pero hoy, un nuevo estudio descarta los neutrinos estériles como explicación de una de estas peculiaridades, al tiempo que confirma que los resultados anómalos son reales.

Localiza lo indetectable

Podemos detectar la existencia de partículas de dos maneras: interactúan directamente con otra materia o se descomponen en una o más partículas que lo hacen. Esto es lo que hace que los neutrinos estériles sean indetectables. Son partículas fundamentales y no deben descomponerse en nada. También interactúan con otra materia solo a través de la gravedad, y sus bajas masas hacen imposible la detección a través de esta ruta.

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En cambio, podemos detectarlos potencialmente a través de oscilaciones de neutrinos. Puede configurar un experimento que produzca un tipo específico de neutrinos a una velocidad conocida y luego intentar detectar esos neutrinos. Si hay neutrinos estériles, algunos de los neutrinos que produjiste estarán oscilando en esa identidad y, por lo tanto, pasarán desapercibidos. Entonces terminas midiendo menos neutrinos de lo que cabría esperar.

Esto es exactamente lo que está sucediendo con los reactores nucleares. Uno de los productos de la desintegración radiactiva (que es impulsada por la fuerza débil) es un neutrino, por lo que los reactores nucleares producen grandes cantidades de estas partículas. Sin embargo, las mediciones con detectores cercanos detectaron alrededor de un 6% menos de neutrinos de lo esperado. Un cambio rápido en los neutrinos estériles podría explicar esta discrepancia.

Pero estos experimentos son realmente difíciles. Los neutrinos interactúan con los detectores con tan poca frecuencia que solo se registra una pequeña fracción de los producidos. Y los reactores nucleares son entornos increíblemente complejos. Incluso si comienza con una muestra pura de un solo isótopo radiactivo, la descomposición rápidamente convierte las cosas en una mezcla complicada de nuevos elementos, algunos radiactivos y otros no. Los neutrones liberados también pueden convertir el equipo del reactor en nuevos isótopos que pueden ser radiactivos. Por lo tanto, es difícil saber exactamente cuántos neutrinos está produciendo para empezar y la fracción exacta de los que produce que registrará su detector.

Por todas estas razones, es difícil estar seguro de que cualquier anomalía en las mediciones de neutrinos sea real. Los físicos tienden a adoptar una actitud de esperar y ver las indicaciones de que algo extraño está sucediendo.

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