En 2018, un enorme cilindro plateado de más de 70 metros de largo fue instalado en el sur de Alemania, en las instalaciones del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT). Su misión era detectar lo prácticamente indetectable: una clase de neutrino tan esquiva que, de existir, habría cambiado la física moderna. Aquel experimento, conocido como KATRIN, no prometía un gran espectáculo. En lugar de eso, su estrategia se basaba en acumular datos, millones de ellos, con una precisión milimétrica. Y ahora, tras años de observaciones y análisis, sus resultados están marcando un antes y un después.
Según el estudio publicado por la colaboración KATRIN en la revista Nature, no se ha encontrado ninguna señal del llamado neutrino estéril, una partícula hipotética que durante décadas fue propuesta como una candidata a explicar algunas anomalías en experimentos de física de partículas y, en el mejor de los casos, incluso como parte de la materia oscura del universo. El resultado, lejos de ser decepcionante, acota con fuerza el campo de búsqueda, elimina hipótesis antiguas y deja en claro que la ciencia avanza también cuando dice “no”.
El fantasma que no apareció
La existencia del neutrino estéril ha sido una idea persistente desde los años 90. Experimentos realizados en reactores nucleares y con fuentes de galio mostraban menos neutrinos de los esperados, y esa diferencia sugería que quizá parte de ellos se “transformaban” en una nueva clase indetectable. A esa clase se la llamó “estéril” porque, a diferencia de los tres tipos conocidos (electrónico, muónico y tau), no interactuaría ni siquiera mediante la fuerza débil, lo que lo haría prácticamente invisible a los detectores.
La hipótesis resultaba tentadora. No solo ofrecía una explicación a esos datos anómalos, sino que además abría una puerta más allá del Modelo Estándar, el conjunto de leyes que describe las partículas y fuerzas fundamentales. La confirmación de un cuarto tipo de neutrino habría obligado a reescribir libros de texto. Pero lo que hace KATRIN es poner esa idea bajo el microscopio, con una precisión sin precedentes.
Entre 2019 y 2021, el experimento registró más de 36 millones de electrones procedentes de la desintegración beta del tritio. Este proceso genera un neutrino que se lleva parte de la energía, y si un neutrino estéril estuviera involucrado, dejaría una marca característica —una especie de “codo” en el espectro de energías de los electrones—. Esa señal no apareció.
Un experimento construido para el detalle
KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino experiment) es, en esencia, un inmenso espectrómetro de precisión extrema. Su función es analizar el espectro de energías de los electrones emitidos por la desintegración del tritio, un isótopo radiactivo del hidrógeno. Para lograrlo, combina una fuente de tritio gaseoso sin ventanas, un sistema de bombeo y transporte que guía los electrones, y un detector de plano focal que los registra.
El corazón del sistema es su espectrómetro principal, una estructura cilíndrica de vacío ultrabajo y campos magnéticos perfectamente controlados. Esta configuración permite observar minúsculas desviaciones en la energía de los electrones, tan pequeñas que podrían delatar la presencia de nuevas partículas. Según explica el artículo, la sensibilidad lograda permite medir con una precisión inferior al uno por ciento, algo impensable hace apenas una década.
Lo destacable de este enfoque es que, a diferencia de otros experimentos que analizan cómo los neutrinos cambian de tipo al recorrer distancias (experimentos de oscilación), KATRIN los estudia en el momento exacto en que se generan. Esto ofrece una perspectiva complementaria y directa, sin depender de las trayectorias ni de la interpretación de transformaciones intermedias.
Qué se descartó exactamente
El análisis detallado de los datos reveló que no hay señales compatibles con la existencia de neutrinos estériles en el rango de masas entre unos pocos y varios cientos de electronvoltios al cuadrado (eV²), y con ángulos de mezcla detectables. Es decir, si este tipo de partícula existe, no participa en la desintegración del tritio en la forma y proporción esperadas.
El análisis detallado de los datos reveló que no hay señales compatibles con la existencia de neutrinos estériles en el rango de masas y ángulos de mezcla explorado. Esto se recoge claramente en el artículo cuando afirma: “no observamos ningún exceso significativo sobre el modelo de espectro beta de tritio estándar”. En otras palabras, la curva de energía medida se comporta exactamente como se esperaba si no hubiera neutrinos adicionales implicados.
Además, el estudio concluye que “estos resultados descartan gran parte del espacio de parámetros propuesto por experimentos anteriores”, lo que significa que hipótesis planteadas durante años por resultados anómalos en otros ensayos han quedado completamente descartadas. Esto incluye, por ejemplo, los datos del experimento Neutrino-4, cuya señal ha sido refutada por completo según los nuevos límites obtenidos.
Esto implica un golpe serio a experimentos anteriores que afirmaban haber detectado indicios de un cuarto neutrino. Uno de ellos, el llamado Neutrino-4, había reportado un exceso compatible con neutrinos estériles, pero los datos de KATRIN excluyen completamente esa región del espacio de parámetros, cerrando así una de las principales rutas propuestas.
¿Significa esto que los neutrinos estériles no existen?
No del todo. Lo que estos resultados muestran es que, si los neutrinos estériles existen, no tienen las características esperadas en los modelos que se habían venido utilizando. Esto es importante, porque permite a los físicos reajustar sus teorías y diseñar nuevos experimentos más ajustados a la realidad.
El propio artículo subraya que este resultado no es un punto final, sino una etapa dentro de una búsqueda cada vez más precisa. En el texto se indica que “para la finalización de la toma de datos en 2025, KATRIN habrá registrado más de 220 millones de electrones en la región de interés”, una cifra que multiplica por seis la estadística analizada hasta ahora. Este aumento no solo mejora la precisión, sino que estrecha aún más el margen en el que podrían esconderse nuevas partículas.
Además, el experimento ya tiene previsto un siguiente paso. En 2026 entrará en funcionamiento TRISTAN, un detector complementario diseñado para medir directamente todo el espectro de energías de los electrones emitidos. Esta mejora permitirá explorar masas mucho mayores, en un rango donde algunos modelos teóricos sitúan neutrinos estériles capaces de contribuir a la materia oscura del universo. Aunque el resultado actual descarta las versiones más ligeras y accesibles de esta partícula, la investigación continúa en territorios todavía poco explorados.
Por tanto, el neutrino estéril no está completamente fuera del juego, pero sí ha perdido gran parte del terreno que ocupaba en el tablero teórico.
Qué aporta realmente este resultado
Más allá de confirmar o refutar una hipótesis concreta, lo que KATRIN demuestra es el valor de la precisión y del método científico. En un campo donde los datos pueden ser ruidosos y las señales ambiguas, un experimento bien diseñado y meticuloso es capaz de despejar dudas acumuladas durante décadas.
Este trabajo también pone en evidencia la madurez alcanzada por la física de neutrinos. Hace apenas 25 años, ni siquiera se sabía que tenían masa. Hoy se pueden medir con un grado de detalle que permite poner límites estrictos a partículas hipotéticas que ni siquiera interactúan con la materia normal.
En definitiva, este no es un punto final, sino un nuevo punto de partida. El neutrino estéril no ha aparecido, pero gracias a KATRIN, sabemos mucho mejor dónde no buscarlo.
Referencias
Cortesía de Muy Interesante
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