Ha sido un año maravilloso para los neutrinos. El mes pasado, dos físicos ganaron el Premio Nobel por haber determinado que las elusivas partículas fundamentales pueden tomar tres formas, o sabores. Ahora, el mismo hallazgo ha valido a sus descubridores el Premio Breakthrough en Física Fundamental —un galardón de tres millones de dólares lanzado hace tres años por el billonario inversionista de riesgo Yuri Milner—. Pero hay una diferencia clave entre ambos honores: el Premio Breakthrough será dividido entre 1.370 físicos.

Siete líderes de cinco experimentos, así como también los coautores de los artículos científicos que describieron los importantes resultados de los experimentos serán laureados con el Breakthrough. Los cinco equipos compartirán el premio ($600.000 cada uno); dos terceras partes de esos botines irán a los líderes, la otra tercera parte será entregado a los colaboradores.

El inmenso número de ganadores es un récord para los Premios Breakthrough (el grupo de ganadores más grande hasta el momento había sido los 51 científicos que compartieron el premio el año pasado por haber descubierto que el universo se está acelerando). Esto también representa una gran divergencia en la manera en cómo los premios de ciencia son tradicionalmente otorgados –cada uno de los Nobel de ciencia están famosamente limitados a tres laureados–. “Pensamos que es importante reconocer que una gran parte de trabajo duro es realizado por mucha de la gente que es parte de estos experimentos”, dice el físico Edward Witten, presidente del Comité de Selección del premio de física de Breakthrough. “Pensamos que era importante incluir simbólicamente a todos los participantes que estuvieron involucrados”.

El contraste entre los Breakthrough y los Nobel es especialmente marcado, dado que ambos premios este año celebran el mismo logro, una circunstancia que es puramente casual, dicen los representantes de Breakthrough.

Los galardonados de Breakthrough fueron notificados este verano, mucho antes de que se hiciera el anuncio del Nobel. “Es un sentimiento muy bueno” haber ganado el reconocimiento de ambos comités este año, dice Arthur McDonald, de la Universidad Queens, en Ontario, quien ganó el Nobel y el Breakthrough por su trabajo en el Observatorio de Neutrinos de Subdury (SNO, por sus siglas en inglés), en Canadá. “No teníamos la intención de ganar premios; teníamos la intención de hacer física de manera sólida, pero estos premios son una indicación de que la comunidad científica mira nuestros resultados de manera realmente significativa”. Takaaki Kajita, de la Universidad de Tokio, que comparte el Nobel de física con McDonald este año y también recibirá el Premio Breakthrough, dice que los reconocimientos son un gran honor. “Estoy muy contento en particular por el Premio Breakthrough, por el reconocimiento a toda la colaboración”.

El experimento de SNO y Kajita, conocido como Super-Kamiokande (Super-K) en Japón, fueron los primeros proyectos en hallar que los neutrinos de un sabor pueden cambiar, u “oscilar”, a otro diferente. En 1998, Super-Kamiokande utilizó un tanque de 50.000 toneladas métricas de agua de gran pureza enterrado a un kilómetro de profundidad, para atrapar neutrinos nacidos de las interacciones entre rayos cósmicos (partículas provenientes del espacio cargadas de altas energías) y átomos en la atmósfera de la Tierra. Los neutrinos son difíciles de acorralar, porque tienden a volar a través de la materia, e incluso a través de la Tierra y de nuestros cuerpos, sin golpear nada. Ocasionalmente, alguno chocará con un átomo de agua en el detector, liberando un brillante anillo de luz que el Super-K puede identificar.

El experimento buscaba neutrinos muones, el sabor predominante que resulta de las interacciones de rayos cósmicos provenientes de ambas direcciones: el cielo por arriba, y el suelo por debajo del experimento. Estos últimos habrían sido creados en la atmósfera al otro lado del planeta y viajado a través de la Tierra para alcanzar el Super-K. Los investigadores encontraron más neutrinos viniendo de abajo que de arriba, y concluyeron que los neutrinos muones originados al otro lado del planeta, que tenían que viajar una distancia más larga para llegar al Super-K, tenían más tiempo para transformarse en los otros dos sabores: electrón y tau.

Pocos años después, el experimento SNO observó un fenómeno similar en los neutrinos provenientes del Sol. Las reacciones de fusión en el centro de nuestra estrella producen grandes números de neutrinos de sabor electrónico. Sin embargo, SNO observó menos neutrinos electrón que los esperados, y más neutrinos muón y tau en su detector de agua pesada (en la cual el isótopo deuterio reemplaza al hidrógeno común). De nuevo, parecía que los neutrinos estaban intercambiando identidades en su camino del Sol a la Tierra. A esto le siguieron más experimentos que encontraron evidencia de las oscilaciones de los neutrinos: el Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector (KamLAND), junto los experimentos KEK a Kamioka (K2K) y el Long-Baseline Neutrino Oscillation (T2K) en Japón, así como también el Experimento de Neutrinos del Reactor de Daya Bay, en China. Los líderes y equipos detrás de todos estos proyectos también están compartiendo el Premio Breakthrough de este año.

La revelación de que los neutrinos pueden cambiar de sabor no solo resultó ser extraña, sino que también contradijo la antigua idea de que no tienen masa. Para que puedan oscilar, deben tener masas diferentes, y por lo tanto no pueden ser equivalentes a cero. El descubrimiento contradijo a la actual teoría de física de partículas, el Modelo Estándar, la cual no tiene una explicación para cómo pudieron los neutrinos haber obtenido su masa. “Nuestro mundo puede ser muy bien explicado por el Modelo Estándar, pero ese modelo asume que los neutrinos no tienen masa”, dice Yoichiro Suzuki, de la Universidad de Tokio, y colíder del Súper-Kamiokande. “Esto significa el Modelo Estándar actual que debe expandirse”.

Las oscilaciones han así abierto todo un nuevo campo de investigación para averiguar cuánta masa tienen los neutrinos y por qué. En la década y media que ha pasado desde los experimentos originales, los científicos han analizado las oscilaciones de los neutrinos de manera cada vez más precisa, permitiéndoles ubicar los límites máximos de la masa total de los neutrinos. Los físicos pueden ahora decir que dos de las masas de los neutrinos son similares, y que la masa del tercero es o significativamente más grande o significativamente más pequeña.

Determinar cuál de estas opciones es la correcta debería ayudar a explicar cómo obtuvieron sus masas en primer lugar, un misterio cuya solución podría involucrar procesos que los físicos nunca han visto antes. Muchos experimentos actuales y futuros apuntan hacia estos problemas. “Estos neutrinos son muy calientes”, dice Wang Yifang, del Instituto de Física de Altas Energías de Beijing, y colíder del experimento de Daya Bay. “Estamos en un momento muy especial y somos extremadamente afortunados de poder participar en este gran avance científico”.