El experimento T2K en Japón y el experimento NOvA en Estados Unidos han unido fuerzas por primera vez para producir un análisis conjunto de sus datos, publicado en Nature. Ambos son experimentos de oscilación de neutrinos de largo alcance que utilizan haces producidos por aceleradores y, al combinar sus líneas de base y rangos de energía complementarios, han logrado las mediciones más precisas hasta la fecha de los parámetros de oscilación de neutrinos. El análisis conjunto reduce la incertidumbre en las diferencias entre las masas de los neutrinos por debajo del 2%, lo que supone un paso importante para comprender la violación de la simetría CP en neutrinos y, en última instancia, el origen de la asimetría materia–antimateria en el universo.

Esta colaboración entre dos de los experimentos de neutrinos líderes en el mundo demuestra cómo objetivos compartidos pueden transformar la competencia científica en progreso colectivo. El análisis combina diez años de datos de T2K (2010–2020) y seis años de datos de NOvA (2014–2020), marcando un hito en la investigación global en neutrinos.

Por qué importan los neutrinos

Cuando el universo comenzó, la materia y la antimateria deberían haber existido en cantidades iguales. Su aniquilación mutua habría dejado solo radiación; sin embargo, el universo actual está lleno de materia. Comprender cómo la materia tomó la delantera sigue siendo una de las mayores preguntas abiertas en física.

Los neutrinos, entre las partículas más abundantes y a la vez más esquivas del cosmos, podrían contener la respuesta. Estas partículas pueden cambiar de tipo —o sabor— mientras viajan, un proceso conocido como oscilación de neutrinos. Estudiar cómo oscilan de forma diferente neutrinos y antineutrinos podría revelar indicios de violación CP, arrojando luz sobre por qué el universo favorece a la materia.

Dos experimentos diferentes con objetivos comunes

T2K y NOvA son experimentos de largo alcance que envían haces de neutrinos a lo largo de cientos de kilómetros para medir cómo cambian.

• T2K envía neutrinos 295 km desde el Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) en Tokai hasta el detector Super-Kamiokande, un enorme tanque subterráneo de agua ultrapura en Kamioka.
• NOvA envía un haz similar 810 km desde Fermilab, cerca de Chicago, hasta un detector de centelleador líquido de 14.000 toneladas en Ash River, Minnesota.

Como los dos experimentos utilizan diferentes energías, líneas de base y tecnologías de detector, combinar sus datos permite a los investigadores separar efectos que cada experimento por sí solo no puede aislar. Juntos estudian cómo cambian los neutrinos al propagarse, ofreciendo nuevas pistas sobre el ordenamiento de masas de los neutrinos y una posible violación CP.

Resultados clave del estudio T2K–NOvA

Los neutrinos existen en tres sabores —electrón, muón y tau—, pero sus masas son mezclas de tres “estados de masa”. Determinar cuál estado de masa es el más ligero, conocido como el ordenamiento de masas de los neutrinos, es una de las preguntas abiertas clave en física de partículas.

El nuevo análisis T2K–NOvA todavía no favorece un ordenamiento de masas frente al otro. Sin embargo, si más adelante se confirma que el ordenamiento es invertido, los resultados aportarían evidencia de que los neutrinos violan la simetría CP, un descubrimiento con implicaciones profundas para entender por qué el universo contiene materia.

El estudio también proporciona el valor más preciso hasta la fecha de la diferencia de masa al cuadrado (Δm²₃₂), una magnitud fundamental que gobierna las oscilaciones de neutrinos, con una incertidumbre por debajo del 2%. Este nivel de precisión refuerza las comparaciones entre diferentes experimentos y ayuda a refinar la teoría general de la mezcla de neutrinos.

Próximos pasos

Ambas colaboraciones continúan recopilando nuevos datos y preparan actualizaciones del análisis conjunto. El trabajo ha profundizado la comprensión mutua del diseño de cada experimento, sus desafíos y sus técnicas de análisis.

T2K y NOvA son actualmente los únicos experimentos de neutrinos de largo alcance en funcionamiento en el mundo, y allanan el camino para instalaciones de nueva generación como el Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) en EE. UU. y Hyper-Kamiokande en Japón. Con líneas de base más largas, haces de mayor intensidad y detectores más sensibles, se espera que estos experimentos ofrezcan respuestas definitivas sobre el ordenamiento de masas de los neutrinos y la violación CP.