Los neutrinos son algunas de las partículas más misteriosas que conocemos. Son increíblemente abundantes —billones de ellos atraviesan tu cuerpo cada segundo— pero casi nunca interactúan con la materia. Para “ver” uno se necesitan detectores gigantes y años de datos. Aun así, estudiarlos es crucial: podrían explicar por qué el universo está hecho de materia y no de antimateria, o darnos pistas sobre lo que ocurrió justo después del Big Bang.
Hoy producimos neutrinos en reactores nucleares y aceleradores de partículas. Estas fuentes son potentes, pero no muy precisas: no podemos decidir exactamente en qué dirección ni en qué momento sale cada neutrino. Para ciertos experimentos —por ejemplo, medir con gran exactitud sus propiedades cuánticas— sería ideal tener una fuente coherente de neutrinos: un haz controlado, intenso y con partículas “en fase” entre sí, algo parecido a lo que hace un láser con la luz.
Un láser de luz funciona porque los fotones (partículas de luz) son bosones, lo que les permite ocupar el mismo estado cuántico. Esto hace posible que muchos fotones sean exactamente iguales y formen un haz perfectamente ordenado. Los neutrinos, en cambio, son fermiones. Por las reglas de la mecánica cuántica, dos fermiones idénticos no pueden ocupar el mismo estado cuántico. Eso significa que no podemos “apilarlos” como sí hacemos con los fotones, y durante mucho tiempo esto hizo que la idea de un “láser de neutrinos” pareciera imposible.
Un láser de neutrinos no es un láser al uso
Un nuevo estudio sugiere un camino alternativo: en lugar de intentar que los neutrinos se comporten como los fotones, se trataría de hacer que los átomos emisores trabajen juntos de forma coherente. Para ello se combinarían dos fenómenos de la física cuántica. El primero es el Condensado de Bose-Einstein (CBE), que se forma cuando un gas de ciertos átomos se enfría casi hasta el cero absoluto. En ese estado, los átomos dejan de comportarse como partículas independientes y se sincronizan en un único estado cuántico colectivo, como si fueran una sola “súper partícula”. El segundo fenómeno es la superradiancia, que ocurre cuando un conjunto de átomos idénticos emite radiación de forma cooperativa. En lugar de decaer de manera aleatoria, las emisiones ocurren de forma simultánea y coherente, generando un destello colectivo mucho más intenso y direccional que la suma de las emisiones individuales.
La propuesta consiste en usar un CBE de rubidio-83, un isótopo radiactivo que decae mediante captura electrónica y emite un neutrino en el proceso. Si se logra que suficientes átomos de rubidio-83 entren en el mismo estado cuántico, los decaimientos podrían ocurrir de forma sincronizada, generando una ráfaga coherente de neutrinos. No sería un láser en el sentido estricto —porque los neutrinos siguen siendo fermiones— pero se parecería mucho en el hecho de producir un haz dirigido y ordenado.
Los cálculos indican que, si las condiciones de coherencia se cumplen, el conjunto de átomos decaería mucho más rápido de lo normal. La vida media del rubidio-83, que es de unas 12 semanas, podría reducirse a apenas unos minutos. Esto significaría una producción de neutrinos mucho más intensa y ordenada, algo ideal para experimentos de precisión. Un haz de este tipo permitiría estudiar con mayor sensibilidad fenómenos raros, como la masa absoluta de los neutrinos o incluso detectar el fondo cósmico de neutrinos, una especie de eco del Big Bang que nunca hemos podido observar directamente.
Un reto técnico de primera magnitud
Sin embargo, el reto técnico es enorme. Nunca se ha producido un CBE con átomos radiactivos como el rubidio-83, y la radiactividad tiende a calentar el sistema, lo que podría destruir el delicado estado cuántico. Además, cada decaimiento individual altera la nube de átomos, lo que puede romper la coherencia necesaria para la superradiancia. Incluso si se lograra mantener el CBE estable, quedaría por ver si la dirección de emisión de los neutrinos puede controlarse de forma útil para los experimentos.
Aunque por ahora es solo una propuesta teórica, el estudio muestra que la física no prohíbe este tipo de emisión colectiva. Intentar llevar esta idea al laboratorio sería un desafío extraordinario, pero si se lograra, podría revolucionar la física de neutrinos. Nos permitiría contar con haces más intensos y dirigidos, abriría la puerta a experimentos mucho más precisos y, en última instancia, podría acercarnos a responder algunas de las preguntas más profundas sobre el origen y la evolución del universo.
Referencia:
B. J. P. Jones and J. A. Formaggio (2025) Superradiant Neutrino Lasers from Radioactive Condensates Phys. Rev. Lett doi: 10.1103/l3c1-yg2l
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
