Récord mundial: KATRIN mide la masa del neutrino con una precisión sin precedentes
Un equipo de investigadores ha estableciendo un nuevo récord mundial en el campo de la físicas tras calcular con precisión que los neutrinos pesan menos de 0,45 electronvoltios. Este avance ofrece nuevas pistas clave sobre una de las partículas más enigmáticas del universo y el origen del cosmos.
Por Enrique Coperías
Vista interior del espectrómetro principal KATRIN. Foto: M. Zacher / KATRIN Coll
El proyecto internacional KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment (KATRIN), desarrollado en el Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT), en Alemania, ha vuelto a batir sus propios récords científicos.
Según los últimos resultados publicados en la revista Science, el equipo de investigadores integrado por veinte instituciones repartidas por siete países ha establecido un nuevo límite superior de 0,45 eV/c² (equivalente a 8 × 10⁻³⁷ kilogramos) para la masa del neutrino.
Este hito convierte nuevamente al KATRIN, que mide la masa de los neutrinos en laboratorio mediante un método independiente del modelo, o sea, que mide la masa del neutrino de forma directa, sin basarse en suposiciones teóricas o modelos cosmológicos complejos, en el líder mundial en su campo.
Las partículas más misteriosas del cosmos
Los neutrinos son una de las partículas subatómicas fundamentales más enigmáticas del universo, debido a su capacidad de pasar desapercibidos. Están en todas partes, pero apenas interactúan con la materia; se estima que billones de neutrinos atraviesan nuestro cuerpo cada segundo.
Se producen en enormes cantidades en procesos naturales, como las reacciones nucleares en el Sol, las explosiones de supernovas y la desintegración de elementos radiactivos en la Tierra.
En el campo de la cosmología, influyen en la formación de estructuras galácticas a gran escala, y en la física de partículas, su ínfima masa actúa como pista para descubrir procesos físicos aún desconocidos. Por ello, conocer con precisión la masa de los neutrinos es crucial para comprender a fondo las leyes fundamentales de la naturaleza.
Con ayuda de la desintegración del tritio
En este contexto, entra en acción el experimento KATRIN, en colaboración con numerosos socios internacionales. Este proyecto utiliza la desintegración beta del tritio —un isótopo inestable del hidrógeno— para determinar la masa de los neutrinos.
A través del análisis de la distribución energética de los electrones que resultan de esa desintegración, se puede calcular de forma directa y cinemática la masa del neutrino.
Este procedimiento requiere una tecnología altamente avanzada: la instalación cuenta con una línea de luz de 70 metros de longitud, una fuente intensa de tritio y un espectrómetro de alta resolución de 10 metros de diámetro. Gracias a esta infraestructura pionera, KATRIN logra una precisión sin precedentes en la medición directa de neutrinos.
Acotando los límites
Con los datos más recientes, el experimento ha establecido un nuevo límite superior de 0,45 electrón voltios/c² para la masa del neutrino, lo que representa una mejora significativa respecto al límite anterior reportado en 2022. De hecho, lo reduce prácticamente a la mitad.
Desde el inicio de las mediciones en 2019, la calidad de los datos ha mejorado de forma continua. «Para este resultado hemos analizado cinco campañas de medición, que suman aproximadamente 250 días de recopilación de datos de 2019 a 2021, aproximadamente una cuarta parte de los datos totales esperados de KATRIN», explica Kathrin Valerius, una de las dos portavoces del experimento que trabaja en el Instituto Tecnológico de Karlsruhe.
«Con cada campaña, hemos obtenido nuevos conocimientos y optimizado aún más las condiciones experimentales», añade Por Susanne Mertens, del Instituto Max Planck de Física Nuclear (MPIK) y la Universidad Técnica de Múnich (TUM).
Los neutrinos, generados por las estrellas, atraviesan la materia casi sin dejar rastro, lo que los convierte en uno de los mayores enigmas del universo. Cortesía: DOE's Jefferson Lab
Perspectivas para futuras mediciones
El análisis de los complejos conjuntos de datos ha supuesto un reto de enorme envergadura y ha requerido un altísimo nivel de precisión por parte del equipo internacional de análisis.
«El análisis de los datos de KATRIN es muy exigente, ya que se requiere un nivel de precisión sin precedentes», subraya Alexey Lokhov (KIT), coordinador del coanálisis. A ello se suma Christoph Wiesinger (TUM/MPIK), quien añade: «Necesitamos emplear métodos de análisis de última generación, en los que la inteligencia artificial desempeñe un papel crucial».
Los investigadores mantienen una mirada optimista hacia el futuro. «Nuestras mediciones de la masa de los neutrinos continuarán hasta finales de 2025. Gracias a la mejora continua del experimento y del análisis, así como a un conjunto de datos más amplio, esperamos una sensibilidad aún mayor, y posiblemente nuevos descubrimientos revolucionarios», señala el equipo de KATRIN.
Candidato para la meteria oscura
Actualmente, el experimento ya lidera el panorama mundial de las mediciones directas de la masa del neutrino, habiendo superado por un factor de cuatro los resultados de experimentos anteriores con solo sus primeros datos.
Estos hallazgos recientes confirman que los neutrinos son al menos un millón de veces más ligeros que los electrones, las partículas elementales con carga eléctrica más ligeras conocidas. Entender esta diferencia extrema de masa sigue siendo un gran desafío para la física teórica de partículas.
Más allá de la medición precisa de la masa de los neutrinos, KATRIN ya tiene planes para su siguiente fase. En 2026 se instalará un nuevo sistema detector denominado TRISTAN, que ampliará las capacidades del experimento al permitir la búsqueda de neutrinos estériles, una partícula hipotética que interactúa incluso menos que los neutrinos conocidos.
Con una masa en el rango del kilo-electronvoltio dividido por el cuadrado de la velocidad de la luz (keV/c²), los neutrinos estériles son considerados un candidato prometedor para la materia oscura. Además, el proyecto KATRIN++ pondrá en marcha un programa de investigación y desarrollo con el objetivo de diseñar un experimento de próxima generación, que permita mediciones aún más precisas de la masa del neutrino. ▪️
Información facilitada por el Instituto Tecnológico de Karlsruhe
Fuente: KATRIN Collaboration† et al. Direct neutrino-mass measurement based on 259 days of KATRIN data. Science (2025). DOI: 10.1126/science.adq9592
