Un neutrino estéril como candidato a materia oscura

El cúmulo Bala realmente son dos cúmulos de galaxias en colisión. La imagen visible del telescopio espacial Hubble se complementa con la emisión en rayos X captada por el telescopio Chandra (en rosa). Su estudio es la mayor prueba de la existencia de la materia oscura. Imagen: NASA/CXC/M. Weiss | Wikimedia Commons

El cúmulo Bala realmente son dos cúmulos de galaxias en colisión. La imagen visible del telescopio espacial Hubble se complementa con la emisión en rayos X captada por el telescopio Chandra (en rosa). Su estudio es la mayor prueba de la existencia de la materia oscura. Imagen: NASA/CXC/M. Weiss | Wikimedia Commons

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next, donde se publicó originalmente.

La mayor parte de la materia del universo no puede ser vista por ningún tipo de telescopio ya que no emite ni absorbe ningún tipo de radiación. Sabemos de su existencia por los efectos que su gravedad provoca, por ejemplo, en la rotación y estructura de las galaxias pero no conocemos su composición, entre otras cosas, precisamente porque no intereactúa con la radiación. Sin embargo los científicos han aventurado distintas hipótesis sobre ella incluyendo formas de confirmar estas ideas. La última, propuesta por Kevork Abazajian de la University de California en Irvine, es que podría tratarse de un tipo de neutrino estéril pesado. Los cálculos de Abazajian, que parecen dar cuenta de observaciones que hasta ahora no habían encontrado explicación, se publican en Physical Review Letters.

Los neutrinos son unas partículas subatómicas que, como su nombre indica, son neutras y tienen una masa inconcebiblemente pequeña, pero no cero. Al no tener carga no interaccionan con los campos electromagnéticos, pero sí con la fuerza nuclear débil, que es de cortísimo alcance, y con la gravedad, que tiene unos efectos muy pequeños a escala subatómica. Por estos dos motivos los neutrinos son capaces de atravesar la materia sin ser perturbados ni perturbarla (casi nunca): en estos momentos, apreciado lector, tu cuerpo está siendo atravesado por millones de ellos.

Los neutrinos habituales pueden tener tres “sabores” (electrónico, muónico y tauónico) definidos en el momento de ser creados o detectados, pero durante su propagación por el espacio pueden oscilar entre los tres sabores. Esta oscilación entre sabores puede dar lugar, según algunas teorías, a un neutrino estéril, que no interactúa siquiera con la fuerza nuclear débil.

Y un neutrino de este tipo podría ser la fuente de una línea de emisión de rayos X detectada en los cúmulos de galaxias. Sin embargo, modelos anteriores usando neutrinos estériles como una forma de materia oscura no terminaban de ajustarse a las observaciones cosmológicas. Lo que Abazajian propone es un neutrino con una masa de 7 electrón-voltios (del orden de 1,25·10-35 kg; una barbaridad para un neutrino) que podría ser un candidato a materia oscura ya que explicaría tanto los nuevos datos de rayos X como algunos de los problemas en la formación de la estructura de las galaxias que llevan ya tiempo sin resolverse.

El que los neutrinos sean candidatos a materia oscura es algo que llevan diciendo los cosmólogos desde hace mucho tiempo. Sin embargo, debido a la pequeñísima masa que se les supone (mucho menos de 1 electrón-voltio), los neutrinos convencionales son demasiado rápidos, o “calientes”, como para formar las estructuras de materia oscura densas que se necesitan para mantener a las galaxias y los cúmulos de galaxias tal y como los observamos. Por contra, los neutrinos estériles podrían tener masas mayores y haber sido producidos en el Big Bang, como decíamos antes, por oscilación de sabores.

El problema venía siendo que se suponía que los neutrinos estériles deberían desintegrarse, produciendo una señal de rayos X que nadie había detectado…hasta, posiblemente, ahora. A comienzos de 2014, el análisis de los datos procedentes de un cúmulo de galaxias puso de manifiesto la existencia de una línea de emisión de rayos X, que es consistente con la desintegración de un neutrino estéril de 7 electrón-voltios. Normalmente una materia oscura con esta masa debería ser demasiado “cálida” como para poder ajustarse a los datos galácticos disponibles. Sin embargo, lo que hace Abazajian es demostrar que los neutrinos estériles podrían tener una distribución de energía más “fresca” si se hubiesen producido por un efecto llamado MSW (de Mikheyev–Smirnov–Wolfenstein).

Cuando Abazajian introdujo los datos para un neutrino como este en un modelo cosmológico, se encontró con que podía explicar tanto el pequeño número de galaxias satélite de la Vía Láctea como sus densidades centrales, algo que con los modelos actuales de materia oscura “fría” no es posible. La hipótesis y los cálculos habrán de ser comprobados y contrastados pero, de entrada, parece una idea muy interesante para poder entender un poco mejor el universo en un futuro próximo.

Referencias:

Abazajian K.N. (2014). Resonantly Produced 7 keV Sterile Neutrino Dark Matter Models and the Properties of Milky Way Satellites, Physical Review Letters, 112 (16) DOI:

Schirber, M. (2014) Sterile Neutrino as Dark Matter CandidatePhysics 24/04/2014

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

10 Comentarios

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[…] El cúmulo Bala realmente son dos cúmulos de galaxias en colisión. La imagen visible del telescopio espacial Hubble se complementa con la emisión en rayos X captada por el telescopio Chandra (en rosa). Su estudio es la mayor prueba de la  […]

Tom Wood GonzalezTom Wood Gonzalez

“No me quejo para nada de la especulación en física teórica, de hecho me parece una forma fundamental de avanzar en el conocimiento.”
francis.naukas.com/2014/04/27/fr…omment-23003
Ley esto y meditaba si era cierto; ya que es lo que me enseñaron en la facultad, y le enseñan a todos los fisicos modernos. Años me costó, separarme de esa calenturienta educación física, que no le importa sustentar hipótesis, sobre más hipótesis. Y en la medida que montas más hipótesis, sobre más hipótesis; más retorcidas son las conclusiones físicas que vas obteniendo, menos rendimientos físicos/explicativos tienen los modelos y más te alejas de encontrar los caminos sencillos y correctos que siempre han tenido los temas físicos desconocidos. Perdiéndose tanto el sentido común físico y llegándose a enrarecesce tanto el ambiente; que ni los mismos que crean los modelos los pueden explicar, ni autoexplicarcelos, por supuesto. Todo alimentado, por una especie de mercado bursátil; que es lo que son las lucrativas revistas científicas de física hoy en dia.
A mi no me parece, que montar especulaciones teóricas, sobre especulaciones teóricas, sobre más especulaciones teóricas de muy dudosas y livianas pruebas experimentales; sea una “una forma fundamental de avanzar en el conocimiento”. Más bien ha retrasado enormemente el desarrollo de la física. Ya que en 400 años de físicas modernas, desde otras metodologías físicas menos especulativas, en los primeros 300 años, se construyeron 5 paradigmas fisicos para salir de los experimentos sin explicación, y en los últimos cien años, seguimos montados sobre esos mismos paradigmas y con decenas de experimentos con explicaciones dudosas, y muchos sin ninguna perspectivas claras de ser explicados por esos antiguos 5 paradigmas.
Para mi es evidente, es tan evidente, que cuando se comienzan a acumular tantos conocimientos fisicos y no encuentras explicaciones físicas normales para ellos; es porque se necesita dar un salto cualitativo sencillo, como las cinco veces anteriores, para explicarlos todos juntos. Pero ni los que creen que se necesita un cambio cualitativo, un nuevo paradigma; andan buscando esas explicaciones cualitativas bases; de forma sencillas. Como lo fueron, las leyes de Newton, la leyes de la termodinámica, las leyes de Maxwell, la mecánica cuántica, con su constante de Planck cuantización todo en el micromundo o las transformaciones relativistas para conectar las velocidades de humanomundo, con las altas velocidades de las partículas subatómicas. No se puede crear un nuevo paradigma físico; a partir de profundas y enredadas teorías como las de cuerdas, tratando de cuantificar la gravedad, algo que primero tienes que saber que es físicamente; o desde el concepto teórico de un espaciotiempo junto, que no es un ente físico medible. No los cinco paradigmas anteriores, siempre fueron sencillos en sus postulados y fórmulas más profundas: Que base histórica existe, para suponer que ahora debemos partir de fantasiosas y enrevesadas explicaciones físicas, para entender todo el conocimiento sin explicación acumulado en estos últimos 100 años? Ninguna, solo una educación física retorcida y distorsionada por los profesores con la cabeza cargada de formulitas y conocimientos didactizados. Que además se sienten estimulados; por el loco mercado bursátil de las lucrativas revistas de física.

Tom Wood GonzalezTom Wood Gonzalez

“Los neutrinos habituales pueden tener tres “sabores” (electrónico, muónico y tauónico) definidos en el momento de ser creados o detectados, pero durante su propagación por el espacio pueden oscilar entre los tres sabores.”
Porque se insiste tanto en demostrar que un neutrino o “sabor de neutrino”; se transforma en otro; oscila?
Porque esa es la transformación teórica de mezcla; que permite decir que los neutrinos tienen masa. Es tanta la añoranza de los calenturientos teóricos; de que eso sea cierto, que afamados blogueros, ha sido confundidos y llevados a decir: “que se dio un premio Nobel por descubrir la oscilación de los neutrinos”. Cuando solo fue por el experimentos que detectó, que llegaban menos neutrinos electrónicos del Sol; que los que predicen, el tal vez desajustado o equivocado modelo teórico del Sol, que usamos como válido en la actualidad.
Los delincuentes neutrinos, son entes fisicos desconocidos, que viajan a tal velocidad, que no existe experimentos en la actualidad que puedan diferenciar, o distinguir su velocidad, de la de la luz. Los neutrinos, son tan delincuentes, que no hemos tenido imaginación física suficiente, para crear los experimentos fisicos exactos, elegantes, que los caracterice de forma correcta y sin ambigüedades. Y por supuesto, mucho menos, teoría física que los modele de punta a rabo. Junto con la gravedad, son dos lastres de dudas, de huecos y fisuras, en casi todos los trabajos teóricos que se publica actualmente y que se creen serios. Todos esos trabajos teóricos, tienen que voltearle la cara a esos dos grandes fenómenos fisicos sin explicaciones, y creerse que las asignaciones matemáticas que tenemos para explicarlos actualmente; son las verdaderas explicaciones de como funcionan esos entes. En gravedad se trabaja como mínimo, con tres modelos; el gravitatorio de Newton, el gravitatorio de Einstein o espaciotiempo sustancial, como ente físico tangible y el cuántico de gravitones, en varias variantes, llegando a las confusas cuerdas. Eso para mi, eso no será nunca una explicación de un fenómeno físico como la gravedad; sino puras asignaciones matemáticas, que dadas las bondades de las promiscuas matemáticas, están hechas con la cautela y la paciencias debidas; para que las cuentas nos cuadren.

Pero volviendo a los neutrinos; se puede demostrar físicamente, de múltiples forma que la oscilación de los neutrinos no tiene caso.
Ya habíamos quedados que cada neutrino es es un ENTE LIBRE, que interacciona de forma muy poco probable, dado su elevado número (solo superados en el universo, por los fotones electromagnéticos), con la materia que atraviesa.
Si un ente es libre, no puede convertirse en otro (la famosa oscilación); de forma espontánea, por arte de magia cuántica; sin violar la ley de conservación de la energía y la de los momentos. Porque tendría que extrae, o entregar energía para realizar ese acto, (dado que cada sabor tiene diferentes energías,… dado que por eso son entes diferentes), de algún sistema externo como rezan las leyes termodinámicas.
Eso es posible en sistemas ligados, como los átomos. Pero no en un ente que viaja libremente. No es posible que un neutrino electrónico, se convierta en otro (oscile), deje de ser el, para ser otro; para tener más o menos masa, de forma espontánea. Con una transformación espontánea de su simetría interna; un ente no puede ser otro, porque debe de conservarce su energía y momentos siempres (o se acaban todas las físicas); a no ser que sea un “móvil perpetuo”, que usa energía de la nada.

“Los neutrinos son unas partículas subatómicas que, como su nombre indica, son neutras y tienen una masa inconcebiblemente pequeña, pero no cero.”
Los experimentos que dicen que han medido la masa de los neutrinos, son en reactores y esos experimentos para mi no tiene caso. No voy a explicarlo de nuevo; porque ya me desgaste en eso, y total; al final lo borraron por “inofensivos”.
Mejor decir, que los tres experimentos fundamentales que podrían demostrar directamente, (el europeo, japonés y americano); la oscilación de neutrinos; no lo han logrado en años.
A ellos se lanza un pulso de millones, de un tipo de neutrino, y si detectas en meses de mediciones, que llega al menos uno de otro tipo; formas un escandalo mediatico de cinco sigmas de frustración.
La primera dificultad que tiene los experimentos de oscilación de neutrinos es el detector. El volumen de los detectores es enorme, digamos jocosamente, que el de un tanque de agua del tamaño de una casa.
La segunda, es que el líquido que contiene cada una de esas casas; solo sirve para detectar un solo tipo de neutrino (sabor). Una prueba más de que no son iguales.
La tercera, es que estos detectores son atravesados por neutrinos que no solo proceden de las fuentes del experimento, sino de cuanta fuente de neutrino conocida o desconocidas emitan en esa dirección.
(“Por estos dos motivos los neutrinos son capaces de atravesar la materia sin ser perturbados ni perturbarla (casi nunca): en estos momentos, apreciado lector, tu cuerpo está siendo atravesado por millones de ellos.”)

“Esta oscilación entre sabores puede dar lugar, según algunas teorías, a un neutrino estéril; que no interactúa siquiera con la fuerza nuclear débil.”
Para no aburrirlos: Los neutrinos estériles; son solo especulaciones teóricas. Y nunca han sido detectados experimental. Incluso, aclarar, que los neutrinos detectados, nunca son detectados directamente. NO DETECTAMOS NEUTRINOS, NO MEDIMOS NEUTRINOS; solo la luz que es amplificada por los fotomultiplicadores, que están dentro del líquido.
es.wikipedia.org/wiki/Fotomultiplicador
Es decir, usar una especulación teórica, como son los neutrinos estériles; para explicar otra especulación teórica como la materia oscura (ya que tampoco conocemos en esencia la estructura, la naturaleza intrínseca, del mensajero, de la luz, que trae las informaciones cósmicas. Ni la gravedad, ni los neutrinos del “modelo estándar.”) ; sólo es obra de la fertil imaginacion de un metafísico-matemático, especialista en pacientes asignaciones matemáticas. Solo es obra de alguien que no le interesa más que relacionar las forma y no los contenidos; o las verdaderas explicaciones físicas de los fenómenos naturales.

Tom Wood GonzalezTom Wood Gonzalez

“A medida que los detectores de neutrinos se hicieron lo suficientemente sensibles para medir el flujo de neutrinos del Sol, se vio más claro que el número de neutrinos detectados era menor que lo predicho por los modelos. En diversos experimentos, el número de neutrinos detectados era entre la mitad y una tercera parte de la predicción teórica.”
es.wikipedia.org/wiki/Problema_d…inos_solares
Esto es algo que no me cansaré de criticar; aunque la enrevesada enseñanza de la física siga empecinada en meterle lo contrario en la cabeza a las personas y formar metafísicos-matemáticos subjetivos, que se creen que pueden estar por encima de la naturaleza objetiva de las cosas físicas. Los modelos no condicionan la naturaleza; la naturaleza es como es y no puede ser cambiada. Los modelos se deben a ella y no ella a los modelos.
“El estatuto de constante fundamental de c fue confirmado por la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein y su equivalencia materia-energía, E = mc2.”
Esta manera de hablar distorsiona el verdadero orden, proceso y método del conocimiento físico. No, “c” es constante desde siempre, desde antes, la teoría de Einstein se ajusta a la naturaleza constante de la luz; no confirma nada, la postula. Einstein no entiende porque en la naturaleza la velocidad de la luz es constante, ni explica porqué la velocidad de la luz es constante; por eso lo asume. De ahí parte, y no de más abajo de la estructura relacional de la naturaleza. Es más, creo que el único que ha tratado de explicar directamente ese postulado y el de la inercia, con lógica física, he sido yo (eso no quiere decir que sea una explicación correcta).
culturacientifica.com/2014/04/22…ndamentales/
“3-”y el experimento tiene que ser capaz de decir si los valores “reales” observados de esas magnitudes coincide con lo predicho por las teorías o no.” Falso!”
Otro razonamiento que es falso, es decir:
“El hecho de que las predicciones se cumplan valida el modelo.”
cuentos-cuanticos.com/2014/04/18…omment-68524

AlejandroAlejandro

Creo que hay un error. La masa propuesta para los neutrinos es de 7 keV y no de 7 eV, es decir, mil veces mayor

Sobre el lado oscuro del Universo: la materia que siempre había estado ahí pero nadie se...

[…] ·         Cultura científica (2015). Un neutrino estéril como candidato a materia oscura. Recuperado el 10/06/2015 de: culturacientifica.com/2014/04/30…eria-oscura/ […]

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