Desde hace décadas, los neutrinos han sido una especie de enigma ambulante para la física. Estas partículas subatómicas, que atraviesan nuestro cuerpo a razón de billones por segundo sin que lo notemos, se resisten a ser atrapadas, pesadas o entendidas del todo. Son difíciles de detectar y más aún de estudiar. Incluso escribieron un libro blanco sobre ellas. Pero ahora, un grupo internacional de científicos ha dado un paso enorme para resolver una de las preguntas más esquivas de la física moderna: ¿cuánto “pesa” exactamente un neutrino?
Ese avance llega de la mano de KATRIN, un experimento que combina alta tecnología, años de datos y una meticulosidad extrema para medir, de forma directa y sin depender de modelos cosmológicos, el límite superior de la masa de estas partículas. El nuevo resultado no solo es el más preciso obtenido en laboratorio hasta la fecha, sino que mejora casi al doble la sensibilidad del estudio anterior. Y eso, en el mundo de la física de partículas, es un salto colosal desde que se descubriese el neutrino.
Los neutrinos y su papel en el universo
Los neutrinos están en todas partes. Se generan en reacciones nucleares, en las estrellas, en explosiones cósmicas e incluso en procesos radiactivos en la Tierra. Pero su peculiaridad es que casi no interactúan con la materia, lo que los convierte en partículas extremadamente difíciles de estudiar.
Desde que se descubrió que los neutrinos pueden cambiar de tipo (un fenómeno conocido como oscilación), los físicos dedujeron que eso solo podía ocurrir si tienen masa, aunque muy pequeña. El problema es que esa masa es tan diminuta que escapa incluso a muchos de los instrumentos más precisos. Esto desafía el Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas fundamentales, y sugiere que hay física nueva aún por descubrir.
Conocer la masa absoluta del neutrino no es un detalle menor. Afecta a cómo entendemos la evolución del universo, la formación de galaxias y la composición de la materia oscura. Por eso, medirla con precisión es uno de los grandes retos científicos actuales.
KATRIN: el experimento que se propuso pesar lo casi impensable
El nombre completo del proyecto es Karlsruhe Tritium Neutrino experiment, pero todo el mundo lo conoce como KATRIN. Está situado en Alemania y agrupa a más de 150 científicos de distintas instituciones internacionales. Su objetivo es directo y ambicioso: medir con exactitud la masa del neutrino electron.
Para lograrlo, el equipo utiliza una técnica basada en la desintegración beta de un isótopo del hidrógeno, el tritio. Al desintegrarse, el tritio emite un electrón y un antineutrino. Analizando con altísima precisión la energía del electrón emitido, es posible deducir la masa del neutrino, ya que ambos comparten la energía de la desintegración. El truco está en observar esa energía cerca del punto final del espectro, donde se hacen más visibles los efectos de una masa distinta de cero.
El aparato no es cualquier cosa: incluye una línea de 70 metros de longitud, una fuente de tritio ultrapura y un espectrómetro de 10 metros de diámetro, uno de los más sensibles jamás construidos. Todo esto permite analizar los electrones con una precisión sin precedentes.
Un nuevo límite: menos de 0,45 electronvoltios
Después de cinco campañas de medición realizadas entre 2019 y 2021, y tras analizar 36 millones de electronesdurante 259 días de medición efectiva, KATRIN ha logrado establecer un nuevo límite: la masa del neutrino es menor de 0,45 eV (electronvoltios) con un 90% de nivel de confianza. Es decir, al menos un millón de veces más ligero que el electrón.
Según el propio artículo científico, “obtenemos un valor ajustado de m²ν = −0.14+0.13−0.15 eV², lo que da lugar a un límite superior de mν < 0.45 eV al 90% de nivel de confianza” (KATRIN Collaboration, 2025). Este resultado no solo es el mejor límite directo conseguido en laboratorio, sino que además reduce casi a la mitad el margenestablecido por el propio KATRIN en sus resultados anteriores.
Este nuevo dato se ha obtenido no solo gracias a una mayor cantidad de datos, sino también a una mejora continua de las condiciones experimentales y al uso de técnicas sofisticadas de análisis, incluyendo inteligencia artificial para procesar los datos con una precisión extrema.
Cómo se logró mejorar la sensibilidad
El avance de KATRIN no se debe únicamente a tener más días de observación. También ha sido clave una serie de mejoras técnicas. Por ejemplo, el sistema SAP (shifted analyzing plane) introducido en campañas recientes permite reducir a la mitad el fondo de ruido sin perder resolución energética.
Asimismo, el uso de fuentes de calibración como el kriptón-83m ha permitido controlar con más precisión las condiciones del experimento, como el potencial eléctrico en el interior del espectrómetro o las variaciones de densidad del gas de tritio. Además, se ha reducido el efecto de posibles contaminaciones, como el tritio residual en las paredes del aparato, que podrían afectar las mediciones.
A todo esto se suma la aplicación de técnicas de análisis de datos basadas en modelos teóricos de espectro beta, respuesta instrumental compleja y propagación de incertidumbres sistemáticas. Todo ello ha permitido afinar hasta niveles impensables hace una década.
¿Y ahora qué? Más datos, más precisión y nuevas búsquedas
El experimento KATRIN no ha terminado. De hecho, está previsto que continúe tomando datos hasta finales de 2025, lo que permitirá quintuplicar el número total de eventos analizados. Con ello, los científicos esperan alcanzar una sensibilidad aún mayor, por debajo de los 0,3 eV.
Pero eso no es todo. Además de seguir refinando la medición de la masa del neutrino, KATRIN se prepara para dar el salto a nuevas fronteras. En 2026 se instalará un sistema detector complementario llamado TRISTAN, diseñado para buscar neutrinos estériles, un tipo hipotético de neutrino que no interactuaría ni siquiera por la fuerza débil. Este tipo de partícula, si existe, podría ser un candidato ideal a materia oscura.
Paralelamente, también se ha planteado el desarrollo de KATRIN++, una iniciativa de investigación y desarrollo para preparar la siguiente generación de experimentos que permitan llegar aún más lejos en la precisión y el alcance de estas medidas.
Un resultado con implicaciones profundas
Más allá de los números, este nuevo límite tiene consecuencias profundas. El hecho de que el neutrino tenga masa (por pequeña que sea) es una prueba clara de que el Modelo Estándar está incompleto, ya que esta teoría no contempla masa para los neutrinos.
Además, el valor concreto de esa masa tiene implicaciones en cosmología: afecta la formación de estructuras a gran escala, la evolución de las galaxias y la distribución de materia en el universo. También influye en las búsquedas de neutrinoless double beta decay, otro proceso fundamental para saber si los neutrinos son su propia antipartícula.
Y, por supuesto, sigue alimentando una de las grandes preguntas: ¿qué más hay ahí fuera? Cada mejora en la precisión experimental abre una nueva ventana a lo desconocido. Y si hay algo que la historia de la ciencia nos ha enseñado, es que mirar con más detalle siempre lleva a nuevas sorpresas.
Referencias
- KATRIN Collaboration (Max Aker et al.). Direct neutrino-mass measurement based on 259 days of KATRIN data. Science, 10 April 2025.
DOI: 10.1126/science.adq9592.
Cortesía de Muy Interesante
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