Se apaga la esperanza de los neutrinos como materia oscura

Detector de neutrinos

Físicos de los Estados Unidos han arrojado más dudas sobre si los controvertidos neutrinos son un candidato potencial para la materia oscura — una misteriosa sustancia que forma casi un cuarto 

de la masa del universo.

John Beacom y Hasan Yuksel de la Universidad Estatal de Ohio y Casey Watson de la Universidad Millikin en Illinios han analizado los datos del satélite Laboratorio Astrofísico Internacional de Rayos Gamma (INTEGRAL) para descartar un rango de valores posibles de masa que los neutrinos “estériles” un candidato a materia oscura, pueden tomar.

Los neutrinos, que no tienen carga eléctrica, actualmente aparecen en tres tipos o “sabores” — electrón, muón y tau — que son “activos” lo que significa que interacción a través de la fuerza nuclear débil. Los neutrinos también oscilan de un sabor a otro conforme viajan, lo que implica que tienen masa.

En 1995, investigadores con sede en el Detector de Neutrinos de Destellos Líquidos o (LSND) en Los Álamos observaron oscilaciones entre neutrinos anti-muón y anti-electrón. 

Para tener en cuenta la discrepancia de la diferencia medida

 de masa – una propiedad que gobierna la oscilación de neutrinos — propusieron un cuarto neutrino “estéril”, el cual no interactúa a través de la fuerza electrodébil y tiene una masa por debajo de 1 eV.

Ahora lo ves, ahora no

Pero el año pasado un experimento en MiniBooNE del Fermilab, 

que era más sensible que el experimento LSND, no vio pruebas de estos neutrinos estériles. 

No obstante, la materia oscura tampoco interactúa a través de ninguna fuerza salvo la gravedad. 

Por lo que la falta de interacción entre los neutrinos estériles y las tres fuerzas fundamentales, excepto la gravedad, significa que neutrinos estériles de mayor masa — que no se observaron en el experimento MiniBooNE — podrían ser un candidato potencial para la materia oscura.

Beacom y sus colegas usaron una propiedad de los neutrinos estériles para detectar su posible existencia: que a lo largo de la vida del universo una diminuta fracción de ellos decaigan y produzcan rayos-X detectables (Phys. Rev. Lett. 101 121301).

Los rayos-X emitidos por los neutrinos estériles a una cierta energía determinan su masa mientras que el flujo de rayos-X determina la fuerza de la oscilación o el conocido como “ángulo de mezclado” — un parámetro necesario para caracterizar completamente las oscilaciones de neutrinos.

Los investigadores calcularon las emisiones de rayos-X esperadas

 del decaimiento de los neutrinos estériles en la Vía Láctea

y lo compararon con los hallazgos del satélite INTEGRAL, el cual es sensible a los flujos de rayos-X en el rango de energía de los 20 keV

 a 8 MeV.

 INTEGRAL tiene una menor resolución de energía que los satélites anteriores y permite a los físicos diferenciar mejor entre rayos-X concentrados en ciertas energías de otras fuentes astronómicas a lo largo de un amplio rango de energía.

La búsqueda está lejos de su fin

Usando sus modelos teóricos y observaciones de INTEGRAL, Beacom 

y sus colegas ahora han descartado la existencia de los neutrinos estériles con una masa entre los 40 keV y 1 MeV y con ángulos

de mezclado entre 10^-14 a 10^-6. 

Aunque sus hallazgos significan que la búsqueda está lejos de su fin, “para ser realistas, hasta que alguien, algún día, encuentre una señal de materia oscura, seguiremos buscando en todos sitios para probar todos los posibles candidatos”, dice Beacom.

Ahora, Beacom y sus colegas esperan que un mayor análisis de los datos permitirán que se comprueben incluso menores masas y ángulos de mezclado de los neutrinos estériles.