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Un grupo de científicos acaba de mejorar drásticamente sus mediciones de neutrinos diminutos y casi sin masa, multiplicando por 50 la calidad de los resultados. El gran equipo utilizó un instrumento llamado PENTATRAP en el Instituto Max Planck de Física Nuclear de Alemania. Antes se creía que los neutrinos no tenían masa, y los científicos han seguido trabajando para observar su verdadera masividad, una palabra curiosa que, en contexto, significa simplemente que algo tiene masa.
En este experimento se utilizó el elemento holmio, un metal de tierras raras que tiene un isótopo radiactivo de larga vida, el 163 holmio. Otros científicos habían sugerido anteriormente que este isótopo sería un buen candidato para estudiar la captura de electrones como análogo a la medición de la masa de los neutrinos. En la captura de electrones, el núcleo más pesado de un átomo atrapa uno de sus electrones más internos, lo que hace que emerja del átomo un neutrino que transporta la energía "soltada" por este intercambio.
La captura de electrones es una forma de desintegración radiactiva, en la que átomos individuales se desintegran irradiando sus partículas. Los tipos comunes de desintegración radiactiva son la desintegración alfa, beta y gamma, y la captura de electrones es una cuarta cosa secreta o un subtipo de desintegración beta (dependiendo de a quién se pregunte). Estas acciones tienen lugar en el núcleo, es decir, son de naturaleza nuclear.
Así que, cuando se les encomendó la tarea de medir o extrapolar la masa de un neutrino -algo intrínsecamente relacionado aquí con una reacción nuclear-, los científicos recurrieron a algo llamado valor Q. El valor Q es una medida de la energía de desintegración radiactiva, producida por la reacción y medida por calorimetría (la calorimetría es el proceso de medir la transferencia de calor creada por reacciones químicas y físicas). Y como uno de los parámetros más concretos en la medición de la masa del neutrino, el valor Q es importante.
"Un valor Q medido de forma independiente para este proceso es vital para la evaluación de las incertidumbres sistemáticas en la determinación de la masa del neutrino", escribieron los investigadores en su artículo, publicado en Nature Physics. Un rango de valores Q más específico puede reducir la varianza global en nuestra idea de la masa del neutrino. Imagina que calculas la media de kilómetros por depósito de gasolina de tu coche, pero tu cifra de kilómetros por galón está en algún lugar entre 15 y 45. Si pudieras reducir el tamaño de esa ventana incluso a la mitad, tendrías una idea mucho mejor de tu verdadero kilometraje.
Entonces, ¿cómo se mide la energía producida por un solo electrón y su consiguiente neutrino? PENTATRAP es un instrumento diseñado específicamente para medir los valores Q de las reacciones de neutrinos. Se trata de un espectrómetro de masas que produce una lectura de señales que indican la relación entre la masa y la carga de la muestra. A continuación, los científicos comparan los resultados con las formas de partículas y moléculas conocidas. PENTATRAP añade trampas de Penning, que son campos magnéticos en los que se pueden retener partículas cargadas. En el interior de PENTATRAP hay cinco trampas de Penning apiladas, un nombre que significa "cinco".
Puesto que PENTATRAP se diseñó con el objetivo de encontrar un valor Q para la masa de neutrinos, no es de extrañar que el equipo responsable de este experimento reciente haya sido capaz de medir el valor Q con mucha más precisión que otras instalaciones y equipos de investigación. Pero los resultados son espectaculares incluso en ese contexto. El experimento PENTATRAP dio como resultado un intervalo de valores Q 50 veces más preciso que las mediciones anteriores: en nuestra analogía con el kilometraje de la gasolina, el "intervalo" pasó de 25-50 millas a 34-34,5 millas.
"Esto permitirá determinar la masa del neutrino electrónico a un nivel inferior al electronvoltio a partir del análisis de la captura de electrones en [163 holmio]", concluye el equipo de investigación (un electronvoltio es una medida de la carga de un solo electrón).
Sin duda, un paso en la dirección correcta.
Caroline Delbert is a writer, avid reader, and contributing editor at Pop Mech. She's also an enthusiast of just about everything. Her favorite topics include nuclear energy, cosmology, math of everyday things, and the philosophy of it all.
