¿Por qué existimos? Los neutrinos resuelven la mayor paradoja cósmica: cómo la materia sobrevivió a la lucha contra la antimateria tras el Big Bang

Físicos estadounidenses y japoneses fusionaron los resultados de dos experimentos a gran escala — NOvA y T2K — y obtuvieron los datos más precisos sobre el comportamiento de los neutrinos, partículas subatómicas que casi no interactúan con la materia. Estos invisibles «viajeros» atraviesan planetas y estrellas sin dejar rastro y, al mismo tiempo, desempeñan un papel importante en la comprensión del origen de la materia en el Universo y de las razones de su predominio sobre la antimateria.

Los neutrinos son únicos por su capacidad para eludir la detección: cada segundo atraviesan el cuerpo de cada persona miles de millones de estas partículas, y casi todas permanecen inadvertidas. Los científicos creen que las propiedades de estos objetos elementales pueden explicar por qué, tras el Big Bang, la materia no fue aniquilada en los choques con la antimateria. Para esclarecer los patrones, los investigadores compararon datos de experimentos realizados en distintos continentes y obtuvieron una visión unificada de cómo las partículas cambian su estado interno al desplazarse por el espacio.

En física se distinguen tres tipos de neutrinos: electrónico, muónico y tau. Cada uno puede transformarse en otro al recorrer distancias colosales. A ese proceso se le llama oscilación de neutrinos. Los científicos denominan a las variedades de partículas «sabores» y estudian cómo pasan unas a otras. Esta observación ayuda a entender qué papel jugaron los neutrinos en el desarrollo del cosmos. Los investigadores subrayan que la variabilidad los hace especialmente interesantes: una partícula emitida como un tipo puede llegar al detector ya en un estado completamente distinto.

Para el análisis se emplearon las dos instalaciones más sensibles del mundo. La estadounidense NOvA, creada con el apoyo del Departamento de Energía de EE. UU. en el Fermilab, dirige un haz de neutrinos muónicos desde Illinois hacia un detector situado en Minnesota. La instalación consta de 344 000 celdas de unos 15 metros de longitud, llenas con una mezcla de aceite mineral y materiales que emiten luz al paso de partículas cargadas. Cuando un neutrino choca con el núcleo de un átomo, se genera un flujo de partículas secundarias que dejan trazas brillantes. A partir de esos destellos luminosos, los investigadores reconstruyen la trayectoria y el estado de las partículas, evaluando cómo cambiaron sus características durante el vuelo.

Al mismo tiempo funciona en Japón el proyecto T2K, en el que un haz de neutrinos muónicos desde la localidad de Tokai se dirige al detector Super-Kamiokande, ubicado en el interior del macizo montañoso de Kamioka. Su propósito es observar cómo los neutrinos cambian de «sabor» al atravesar el espesor de las rocas. Aunque ambas instalaciones estudian el mismo proceso, difieren en la distancia entre la fuente y el detector, la energía de las partículas y los métodos para registrar las señales. La comparación de datos permitió obtener un panorama más completo de las oscilaciones y comprobar si existe una diferencia en el comportamiento de los neutrinos y sus antipartículas — los antineutrinos.

Esa diferencia, llamada violación de la simetría CP, podría explicar por qué la materia no fue completamente aniquilada por la antimateria tras el Big Bang. El análisis conjunto mostró que la diferencia en la arquitectura de las instalaciones no dificulta la interpretación; por el contrario, permite considerar el fenómeno desde distintos ángulos: la base de datos combinada revela patrones que habría sido imposible detectar en el marco de un solo experimento.

Aunque el estudio aún no ofrece una explicación definitiva, amplía considerablemente la comprensión de las propiedades de estas partículas. Los resultados crean una base sólida para futuras observaciones que emplearán instalaciones aún más potentes. En EE. UU. se construye el proyecto DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), y en Japón se prepara el proyecto Hyper-Kamiokande. Los nuevos detectores podrán seguir las oscilaciones a grandes distancias y registrar cambios mínimos en los estados energéticos.

El estudio de los neutrinos es importante no solo para la ciencia fundamental, sino también para comprender el propio origen del cosmos. Experimentos como estos ayudan a reconstruir la cadena de acontecimientos a partir de la cual surgió la estructura del Universo y a seguir cómo, a partir de partículas diminutas y procesos invisibles, se formó el mundo observable.