Reacción a "Consiguen una nueva medición del límite superior de la masa del neutrino"

El neutrino es una partícula elemental extremadamente ligera sin carga eléctrica que interactúa muy débilmente con la materia ordinaria, lo que dificulta tremendamente su detección. A pesar de ello, desempeña un papel crucial en fenómenos astrofísicos y cosmológicos y su estudio ofrece mucha información sobre física más allá del Modelo Estándar, la teoría de física de partículas confirmada experimentalmente más completa de la que disponemos en la actualidad. La predicción teórica de que los neutrinos podrían oscilar entre distintos tipos o ‘sabores’ (neutrino electrónico, muónico o taónico) —un fenómeno que podría explicarse únicamente si estos poseen masa— fue confirmada experimentalmente por las colaboraciones experimentales Super-Kamiokande y SNO, que fueron reconocidas con el Premio Nobel de Física en 2015 para Takaaki Kajita y Arthur B. McDonald. 

Aunque los experimentos de oscilaciones de neutrinos permiten medir las diferencias entre las masas al cuadrado de los distintos sabores de neutrinos, no permiten un estudio directo de la escala absoluta de la masa de estos. En este sentido, únicamente la combinación de diversas observaciones cosmológicas permite establecer un límite superior en la suma de las masas de todos los neutrinos en el marco de la cosmología estándar. Motivados por esta limitación, desde los años 90, la medición directa de la masa del neutrino también se ha intentado mediante experimentos en la Tierra que estudian la desintegración de núcleos atómicos, especialmente del tritio. Este es el caso de los experimentos pioneros de Mainz, Troitsk y, más recientemente, KATRIN. 

En este artículo, KATRIN presenta sus últimos resultados en la medición de la masa efectiva del antineutrino electrónico (la antipartícula del neutrino electrónico, que tendrá su misma masa) mediante la reconstrucción integral de la desintegración beta del tritio, una de las de menor energía. 

En esta desintegración, un neutrón se transforma en un protón, emitiendo un electrón y un antineutrino cuya energía conjunta es de 18,6 keV (kiloelectronvoltios). Al medir con gran precisión la energía del electrón, KATRIN infiere, gracias al principio de conservación, la cantidad de energía que porta el antineutrino. La masa de los neutrinos modificaría la distribución de energías de estas partículas. En concreto, la energía máxima que pueden alcanzar los electrones (la denominada cola del espectro de desintegración) se reduciría ligeramente con respecto a la que alcanzarían si los neutrinos no tuvieran masa. Este efecto es extremadamente sutil y, de hecho, no ha sido observado directamente, lo que impide obtener una medida exacta de la masa de los neutrinos y solo permite establecer cotas superiores. 

Tras 259 días de mediciones de más de 36 millones de electrones, KATRIN combina los resultados de cinco periodos de tomas de datos para para establecer un límite superior en la masa del neutrino de 0,45 eV (menos de una millonésima parte de la masa del electrón), reduciendo en un factor 2 su propio límite publicado anteriormente. La colaboración pretende mejorar aún más este resultado al completar los 1.000 días de toma de datos planeados. El artículo explica con detalle las características técnicas del experimento, así como el manejo minucioso de las incertidumbres estadísticas y sistemáticas para lograr derivar el límite. 

En conclusión, aunque no introduce ideas radicalmente nuevas con respecto a publicaciones previas, KATRIN refina la precisión del método y, aumentando el tiempo de medición, consigue mejorar sus resultados y continúa el camino para alcanzar la determinación de un parámetro fundamental en física de partículas como es la masa de los neutrinos.