Investigación
Neutrinos: más ligeros y menos misteriosos que nunca
El experimento internacional KATRIN, en el que participa la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), ha establecido un nuevo récord en la medición directa de la masa de los neutrinos, una de las partículas más esquivas del universo. Los resultados, publicados en la revista ‘Science’, confirman que los neutrinos pesan menos de 0,45 eV/c², el límite más preciso alcanzado hasta la fecha. Este avance permite acotar teorías más allá del modelo estándar de la física y abre nuevas posibilidades para la búsqueda de materia oscura.
Transporte del espectrómetro principal del experimento KATRIN por las calles de Leopoldshafen (Alemania), camino al Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), en 2006. La imagen refleja la magnitud del dispositivo clave para medir la masa del neutrino. / Foto: KIT.
Los neutrinos, esas partículas elusivas que atraviesan la materia casi sin dejar rastro, son ahora un poco menos misteriosos.
El experimento internacional KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino), con sede en Alemania y participación de científicos de Alemania, EE. UU., España, la República Checa y otros países, ha establecido el límite superior más preciso hasta la fecha para la masa del neutrino: 0,45 electronvoltios/c², lo que equivale a apenas 8 × 10⁻³⁷ kilogramos.
Este nuevo récord, publicado en la revista Science, es el resultado de 259 días de mediciones directas realizadas entre 2019 y 2021. Durante ese tiempo se analizaron más de 36 millones de electrones procedentes del decaimiento beta del tritio, un isótopo radiactivo del hidrógeno.
La técnica empleada permite inferir la masa del neutrino de forma independiente de modelos teóricos, gracias a un sistema experimental único: una línea de haces de 70 metros de longitud conectada a un espectrómetro de 10 metros de diámetro.
La contribución española ha estado liderada por el Grupo de Espectroscopía Láser del Departamento de Química Física Aplicada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), que desempeña un papel clave en el desarrollo de métodos analíticos para monitorizar y cuantificar la pureza del tritio. Sus avances no solo benefician la física fundamental, sino también áreas como la energía de fusión y la caracterización de sensores a escala nanométrica.
“El neutrino es al menos un millón de veces más ligero que el electrón, pero sigue siendo una de las grandes piezas que faltan para completar el rompecabezas de la física de partículas”, destacan los investigadores de la UAM que participan en KATRIN.
KATRIN: Próximas etapas
El análisis de los datos ha sido un desafío en sí mismo. Requirió métodos de última generación y el uso intensivo de inteligencia artificial, dada la complejidad extrema de las señales recogidas. Campaña tras campaña, la calidad de los datos y la precisión del experimento han ido en aumento, optimizando tanto los sistemas de medición como los algoritmos de interpretación.
KATRIN seguirá tomando datos hasta finales de 2025, con el objetivo de alcanzar una sensibilidad aún mayor, en torno a los 0,3 eV/c². Pero el proyecto ya está preparando su siguiente fase. En 2026 se instalará un nuevo sistema detector, llamado TRISTAN, diseñado para buscar neutrinos estériles, una clase hipotética de partículas que podrían ser candidatas a materia oscura.
Además, el programa KATRIN++ ya ha iniciado el desarrollo de tecnologías para una futura generación de experimentos, capaces de acercarse aún más a la masa real del neutrino. Un reto que, si se alcanza, podría transformar nuestra comprensión del universo y de las leyes fundamentales que lo rigen.
¿Qué son los neutrinos y por qué importan?
Los neutrinos son partículas subatómicas elementales sin carga eléctrica, con una masa extremadamente pequeña y una capacidad casi fantasmal de atravesar la materia. Cada segundo, billones de ellos cruzan nuestro cuerpo sin dejar rastro. Son generados en procesos nucleares como los que ocurren en el Sol, en supernovas, reactores nucleares o durante el decaimiento de ciertos isótopos radiactivos, como el tritio.
A pesar de su abundancia —son la segunda partícula más numerosa del universo después de los fotones—, su detección es muy difícil, ya que interactúan muy raramente con otras partículas. Esto los convierte en un objeto fascinante para la física de partículas, pero también en una herramienta clave para explorar fenómenos cósmicos. Su estudio ayuda a comprender desde el funcionamiento interno de las estrellas hasta la evolución del universo a gran escala.
Durante mucho tiempo se pensó que los neutrinos no tenían masa. Sin embargo, el descubrimiento de su oscilación (su capacidad de cambiar de tipo durante el viaje) demostró que su masa no es nula. Este hallazgo, que supuso el Premio Nobel de Física en 2015, abrió la puerta a nuevas preguntas: ¿cuál es su masa real? ¿Por qué es tan pequeña? ¿Podrían existir otros tipos de neutrinos aún no detectados? Medir con precisión su masa no solo ayudaría a responder estas cuestiones, sino que también podría revelar nuevas leyes más allá del modelo estándar de la física.
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Referencia bibliográfica:
The KATRIN collaboration; Direct neutrino-mass measurement based on 259 days of KATRIN data. Science 2025, 388:6743, 180-185. doi: https://doi.org/10.1126/science.adq9592
Más información: UAM Gazette