Pablo Martínez-Miravé

Esta sección está dedicada a explicar brevemente a qué me dedico, como es mi día a día y porqué me interesa tanto la línea de investigación en la que he trabajado estos años.

¿Qué son los neutrinos?

Los neutrinos son partículas fundamentales, es decir que no están compuestas por otras partículas más pequeñas. No forman parte de la materia como tal, no están en los núcleos pero sí están ahí. Es más, son la segunda partícula más abundante del Universo, solo superada por los fotones (luz). Los neutrinos se producen en reacciones nucleares, por ejemplo en los procesos que ocurren en el centro del sol o en las centrales nucleares. También se producen cuando partículas muy energéticas chocan contra la atmósfera (rayos cósmicos) o en el interior de la Tierra, cuando algunos elementos se desintegran. Además, hemos conseguido producir neutrinos en aceleradores y colisionadores de partículas. Y por último, sabemos que hay neutrinos que se produjeron en las primeras etapas del Universo, pero esos aún no hemos conseguido medirlos.

¿Por qué son tan interesantes los neutrinos?

La respuesta más sencilla es que sabemos muy poco sobre ellos. Los neutrinos son partículas extremadamente difíciles de detectar, así que aunque hay muchísimos neutrinos, nos cuesta mucho medir algunos de ellos. Es una cuestión de probabilidad, si la probabilidad de detectar un neutrino es muy muy baja, aunque tengamos muchos, solo 'veremos' unos pocos. Eso hace que estudiar sus propiedades sea un auténtico reto, que está impulsando el desarrollo de nuevas tecnologías.

Aunque interaccionan muy poco y eso nos hace que nos cueste estudiarlos, esto es una ventaja en el campo de la astronomía. Muchas veces, detectamos partículas que nos llegan de otros cuerpos celestes, pero no sabemos aún muy bien de cuáles, porque quizás han interaccionado con algo por el camino (por ejemplo con un campo magnético o han chocado con otra partícula) y se han desviado. Como los neutrinos casi no interaccionan, si detectamos neutrinos astrofísicos, podemos saber de dónde han venido. Eso nos ayuda a aprender más sobre núcleos activos de galaxias, entre otros. Es lo que se llama 'astronomía de neutrinos' y es un campo muy reciente y que avanza a pasos agigantados.

¿Qué sabemos de los neutrinos?

Lo más importante que sabemos es que tienen masa. Esto parece una tontería pero en realidad es algo con mucha relevancia. En física, tenemos una teoría que explica qué partículas hay y como interaccionan, el Modelo Estándar. Hasta la fecha, el Modelo Estándar había hecho unas predicciones extremadamente precisas. Sin embargo, también predecía que los neutrinos no tenían masa, y hemos comprobado que no es así. Por tanto, sabemos que nuestra teoría no está completa y que algo más allá de ese Modelo Estándar. Actualmente, la busqueda de una respuesta a ¿por qué los neutrinos tienen masa? lidera la busqueda de nueva física (aunque no es el único motivo por el que sabemos que hay física más allá del Modelo Estándar).

¿Cómo sabemos que los neutrinos tienen masa?

Lo sabemos porque hemos medido un proceso puramente cuántico, que llamamos 'oscilaciones de neutrinos', y que solo puede ocurrir si los neutrinos tienen masa. Este fenómeno es complicado de entender pero vamos a hacernos una idea. Tenemos 3 tipos de neutrinos. Imaginemos que producimos un haz de neutrinos de uno de esos tipos, y colocamos varios detectores a diferentes distancias. Pues bien, lo que ocurre es que en los detectores veremos que no solo tenemos neutrinos del tipo que hemos producido, sino de los otros también. En total tenemos el número de neutrinos que esperabamos pero han cambiado de tipo. Y no solo eso, en cada detector llega una cantidad distinta de cada tipo.
Lo sé. Suena raro y contraintutivo. Pero la mecánica cuántica lo explica a la perfección y el único requisito para que esto pase con los neutrinos es que tengan masa. Precisamente por el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos, el japonés Takaaki Kajita y el canadiense Arthur B. McDonal consiguieron el Premio Nobel de Física en 2015.

Durante estos años, junto con mi directora Mariam Tórtola y otros colaboradores, hemos analizado los datos que existen de experimentos de oscilaciones de neutrinos y hemos combinado los resultados para entender mejor cómo oscilan los neutrinos. Esto puede ayudarnos también a saber cuál es la nueva física responsable de que los neutrinos tengan masa.

¿Y a qué te dedicas?

Pues por una parte, a estudiar las oscilaciones de neutrinos. Aunque actualmente tenemos una idea muy clara de este fenómeno, los neutrinos podrían tener ciertas propiedades que afectarían a lo que medimos en los experimentos. Por ejemplo, podrían desintegrarse, interaccionar de maneras inesperadas con la materia, o incluso podría haber un cuarto tipo de neutrino. Parte de mi trabajo consiste en verificar estas ideas y estudiar cómo los experimentos actuales o futuros podrían ayudar a descartar o confirmarlas. Además de eso, la información que tenemos sobre la evolución del Universo también se puede utilizar (y lo hacemos) para estudiar las propiedades de los neutrinos.