Un equipo internacional de científicos ha logrado confirmar una predicción sobre los neutrinos realizada hace casi medio siglo. El experimento COHERENT ha observado por primera vez la colisión de estas partículas contra el núcleo de un átomo, tal y como postuló de forma teórica en 1973 un investigador del Fermilab. Sus resultados, publicados hoy en la revista Science, han sido obtenidos gracias al detector de neutrinos más pequeño del mundo, situado en el Laboratorio Nacional Oak Ridge de Estados Unidos.
Los neutrinos, también conocidos como partículas fantasma, han traído de cabeza a la comunidad científica por su naturaleza esquiva. Al contrario que otras partículas del Modelo Estándar, los neutrinos sólo experimentan la interacción nuclear débil, además de la fuerza de la gravedad, lo que dificulta mucho las posibilidades que tienen los físicos de 'cazar' estas partículas. Los neutrinos típicamente interaccionan con protones individuales o neutrones dentro del núcleo de un átomo. Sin embargo, la denominada colisión coherente neutrino-núcleo que se ha observado ahora es una interacción diferente, ya que la partícula 've' la carga débil completa del núcleo como un todo y 'choca' contra él.
Hasta la fecha había resultado imposible observar la colisión de los neutrinos contra los núcleos de los átomos. Uno de los múltiples motivos que habían impedido confirmar la predicción era la dificultad tecnológica que representa la detección de la energía extremadamente baja del retroceso (recoil) del núcleo, único resultado de la interacción. "Imagine que los neutrinos son bolas de ping-pong golpeando una bola en los bolos. Las partículas van a provocar solo un pequeño impulso extra a esta pelota", explica Juan Collar, uno de los autores del estudio en Science, para divulgar las dificultades técnicas que afrontó el experimento. La colaboración COHERENT está formada por noventa investigadores de dieciocho países diferentes.
El hecho de haber determinado la dispersión elástica coherente neutrino-núcleo es un gran avance para la física, ya que puede servir para comprobar algunas de las propiedades de estas partículas, que cuentan con una masa particularmente pequeña con respecto a otras. Además, la detección de la primera colisión de neutrinos contra el núcleo de los átomos puede presentar aplicaciones científicas y tecnológicas muy interesantes, como la monitorización de reactores nucleares de forma no invasiva o el análisis de la dinámica de los neutrinos durante la formación de las estrellas o en la explosión de supernovas.
El estudio de estas partículas, que protagonizaron el premio Nobel de Física de 2015, ha sido realizado en el detector de neutrinos más pequeño del mundo. Los científicos utilizaron un ala especializada localizada en el sotano de la Fuente de Neutrones por Espalación, ubicada a su vez en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Este pasillo fue aislado con más de doce metros de materiales como hormigón y grava, con el fin de bloquear la posible interferencia de otras partículas. Posteriormente, los investigadores expusieron los neutrinos a una muestra de yoduro de cesio dopado con sodio en el detector, ya que contiene núcleos del tamaño ideal y genera un destello de luz suficiente como para observar su retroceso tras el impacto. Los datos presentados hoy, que fueron recopilados durante quince meses, demuestran que la colisión entre los neutrinos y el núcleo de los átomos se comporta tal y como los físicos sospechaban desde hace más de cuatro décadas.