Quédense con este nombre: desintegración doble beta sin neutrinos. Físicos de todo el mundo tratan de descubrirla, y si la encuentran, además de llevarse el Premio Nobel, podrían explicar por qué en nuestro universo ha triunfado la materia frente a la antimateria. Ahora científicos del experimento GERDA acaban de actualizarlo para afinar la búsqueda de esta desintegración con una sensibilidad sin precedentes.
Esta semana se publica en la revista Nature un nuevo avance en la búsqueda de la llamada desintegración doble beta sin neutrinos (0νββ decay), una desintegración radiactiva que, si se encontrara, demostraría que los neutrinos son sus propias antipartículas.
Esto sería un hallazgo revolucionario, porque hay ciertas extensiones del modelo estándar de la física de partículas que pueden explicar el dominio de la materia sobre la antimateria en el universo si se asume que neutrinos y antineutrinos son lo mismo.
Si esto es cierto, entonces debería existir una forma de desintegración, la 0νββ decay, en la que un núcleo atómico se disocia y emite dos electrones y ningún neutrino. El problema es que es extremadamente inusual y muy lenta.
La vida media para la desintegración doble beta sin neutrinos es por lo menos 15 órdenes de magnitud más larga que la edad del universo, lo que significa que tarda billones de años de media en producirse y que se requiere la supresión de todas las señales de fondo que puedan interferir en su detección.
Este último punto es el que ha superado la colaboración científica GERDA (GERmanium Detector Array), un experimento localizado bajo tierra en el Laboratorio Nacional del Gran Sasso (Italia) para detectar la elusiva desintegración usando un isótopo del germanio: el germanio 76 (76Ge).
El detector de germanio se introduce en argón líquido. / M. Heisel, GERDA collaboration
“Ahora informamos de los primeros datos de la Fase II del experimento GERDA, en los que hemos buscado la desintegración doble beta sin neutrinos en 35,6 kilogramos del isótopo 76Ge y, por primera vez en este campo, sin interferencias del background o fondo gracias a un nuevo sistema (incorporado al equipo) para eliminarlo”, explican los autores en su estudio.
Los investigadores reconocen que todavía no han descubierto la ansiada desintegración, pero destacan que han dado un paso importante para conseguirlo, algo en lo que coincide en otro artículo de Nature el físico Phillip Barbeau de la Universidad Duke (EE UU): “La actualización de este experimento es un logro notable, ya que permitirá buscar la desintegración doble beta sin neutrinos con una sensibilidad sin precedentes”.
Carrera entre los físicos para descubrir la rara desintegración
Además de los miembros de GERDA, otros laboratorios aspiran a observar alguna 0νββ decay –que le corresponda desintegrarse justo ahora– en profundas minas subterráneas, lejos de cualquier ‘ruido’ externo. Entre ellos figuran el experimento CANDLES del observatorio japonés de Kamioka (uno de los ganadores del último Breakthrough Prize for Fundamental Physics por sus investigaciones sobre neutrinos) y NEMO 3 en el túnel de Fréjus (Francia).
Por su parte, el experimento español NEXT (Neutrino Experiment with a Xenon TPC), liderado por científicos del Instituto de Física Corpuscular (CSIC-Universidad de Valencia), también tratará de demostrar en el laboratorio subterráneo de Canfranc que el neutrino es su propia antipartícula usando el gas noble xenón como material detector.
“Lo más interesante sería que se confirmara que durante la desintegración doble beta no se emiten neutrinos, ya que esto implicaría, por principios físicos, que los neutrinos y los antineutrinos son la misma partícula; lo que sería un descubrimiento importantísimo, Premio Nobel seguro”, decía hace unos meses el investigador Javier Menéndez desde la Universidad de Tokio, donde analiza esta desintegración para el caso del calcio 48 con la ayuda de supercomputadoras.
Y si resulta que los neutrinos y antineutrinos son la misma partícula sería el primer caso conocido de materia que es antimateria a la vez, lo que generaría una asimetría que serviría para explicar por qué ha triunfado la materia en el universo y no queda antimateria.
Trabajando en el detector de germanio en la sala limpia. / J. Suvorov, colaboración GERDA
Referencia bibliográfica:
The GERDA Collaboration. “Background-free search for neutrinoless double-β decay of 76Ge with GERDA”. Nature, 6 de abril de 2017. Doi:10.1038/nature21717.
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