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Los neutrinos son partículas elementales apodadas «partículas fantasma» porque tienen masas ridículamente pequeñas e interactúan muy poco con la materia corriente. Son las únicas partículas de materia conocidas (junto con sus antipartículas) que interactúan exclusivamente a través de la interacción débil y la gravedad. Carecen de carga eléctrica (no sienten el electromagnetismo) y de carga de color (no sienten la fuerza nuclear fuerte).

Una de las propiedades más extrañas y fascinantes de la interacción débil es que es asimétrica respecto a la paridad: viola la regla de que las leyes de la física son las mismas al cambiar las coordenadas (x,y,z) por (-x,-y,-z), esto es, al reflejar el experimento en un espejo.

En la naturaleza, todos los neutrinos observados son levógiros (su spin está orientado en sentido contrario al de su movimiento) y todos los antineutrinos son dextrógiros.
Esto significa que el neutrino es la encarnación física pura de esta asimetría de la interacción débil; una partícula «espejo» de un neutrino levógiro sería un neutrino dextrógiro, y tal cosa simplemente no existe.

Las interacciones en las que participan los neutrinos (o antineutrinos) se rigen por la fuerza nuclear débil, que tiene un alcance típico del diámetro de un protón. Los neutrinos interactúan con el resto del universo utilizando los bosones mediadores de la fuerza débil:

Corrientes Cargadas (Bosones $W^{+}$ y $W^{-}$ ): El neutrino choca con otra partícula, intercambia un bosón W y se transforma en su leptón cargado correspondiente (un neutrino electrónico se convierte en un electrón, por ejemplo).
Corrientes Neutras (Bosón $Z^{0}$ ): El neutrino choca de forma elástica, intercambia energía mediante un bosón Z neutro, pero sigue siendo un neutrino.

La figura siguiente resume el Modelo Estándar de la física de partículas actual. Hay dos tipos de partículas constituyentes de la materia, leptones y quarks, que forman un conjunto de 12 partículas, agrupadas en tres familias, cada una de ellas con dos leptones (uno de los cuales es un neutrino) y dos quarks. Estos componentes de la materia se pueden ‘comunicar’ entre sí de distintas maneras intercambiando distintos tipos de partículas mensajeras denominadas bosones (distintos bosones para cada tipo de interacción fundamental), que pueden imaginarse como pequeños paquetes de energía con propiedades bien definidas.

Fig. Modelo estándar de la Física de Partículas.

A continuación se detallan algunas de las reacciones más importantes en que intervienen los neutrinos, organizadas por tipo de proceso, utilizando la notación estándar $\nu$ para neutrino, $\bar{\nu }$ para antineutrino, p protón, n neutrón, $e^{-}$ electrón y $e^{+}$ positrón).

1. Transformaciones Nucleares (Desintegración Beta y Captura)

Son las reacciones más comunes en la Tierra (reactores nucleares, desintegración de elementos radiactivos) y en el interior del Sol.

Desintegración Beta Menos ( $\beta ^{-}$ ): Un neutrón libre o dentro de un núcleo inestable se transforma en un protón.

\mathbf{n\rightarrow p+e}^{\mathbf{-}}\mathbf{+}\bar{\mathbf{\nu }}_{\mathbf{e}}

La figura siguiente muestra cómo un neutrón se convierte en protón emitiendo un bosón $W^-$ que enseguida se desintegra en un electrón y un anti-neutrino electrónico. El quark $d$ original tiene una carga de $-1/3$ y el quark $u$ resultante tiene una carga de +2/3. La variación de carga es +1, así que una carga de -1 ha salido del neutrón, que es la que tiene el bosón $W^-$ .

El quark $latexu$ resultante tiene una carga de $latex +2/3$.

Así como la fuerza electromagnética siente la carga eléctrica, la fuerza débil siente una propiedad llamada Isospín Débil. Solo las partículas con isospín débil pueden emitir o absorber bosones W. Como el quark d tiene un isospín débil de -1/2 y el quark u tiene un isospín débil de +1/2, al emitir el bosón $W^{-}$ , este se lleva un isospín débil de $-1$ .

Fig. Esquema de la desintegración Beta Menos

Desintegración Beta Más ( $\beta ^{+}$ ): Un protón dentro de un núcleo se transforma en un neutrón (requiere energía).

\mathbf{p\rightarrow n+e}^{\mathbf{+}}\mathbf{+\nu }_{\mathbf{e}}

Captura Electrónica: Un protón de un núcleo absorbe un electrón de las capas internas del propio átomo.

\mathbf{p+e}^{\mathbf{-}}\mathbf{\rightarrow n+\nu }_{\mathbf{e}}

Desintegración Beta Inversa (IBD): El canal principal por el cual se descubrió el antineutrino y el método de detección de muchos experimentos actuales.

\bar{\mathbf{\nu }}_{\mathbf{e}}\mathbf{+p\rightarrow n+e}^{\mathbf{+}}

2. Colisiones y Capturas Leptónicas (Neutrino y Electrón)

Interacciones directas entre neutrinos y electrones que ocurren en la materia densa o en el interior de los detectores Cherenkov.

Dispersión Elástica Neutrino-Electrón (NC y CC): El neutrino choca contra un electrón, transfiriéndole energía cinética (este electrón acelerado es el que produce la radiación de Cherenkov). Ocurre para todos los sabores de neutrinos.

\begin{aligned} \mathbf{\nu +e}^{\mathbf{-}}\mathbf{\rightarrow \nu +e}^{\mathbf{-}} \\ \={\mathbf{\nu }}\mathbf{+e}^{\mathbf{-}}\mathbf{\rightarrow }\={\mathbf{\nu }}\mathbf{+e}^{\mathbf{-}} \end{aligned}

Conversión de Neutrino a Electrón (CC): Un neutrino electrónico choca contra un neutrón y se «convierte» en un electrón.

\mathbf{\nu }_{\mathbf{e}}\mathbf{+n\rightarrow p+e}^{\mathbf{-}}

Aniquilación de Leptones: Un electrón y un positrón de altas energías chocan para producir un par neutrino-antineutrino (muy relevante en las fases tempranas del Big Bang y en colisionadores de partículas).

\mathbf{e}^{\mathbf{-}}\mathbf{+e}^{\mathbf{+}}\mathbf{\rightarrow \nu +}\={\mathbf{\nu }}

3. Interacciones con Fotones y Procesos Astrofísicos

Los fotones no tienen carga eléctrica ni débil, por lo que un fotón no puede dividirse directamente en un neutrino y un antineutrino en el vacío ( $\gamma \not{\rightarrow }\nu +\bar {\nu }$ ) porque violaría la conservación del momento y espín de forma directa. Sin embargo, en astrofísica existen procesos mediados por electrones virtuales donde ocurre esta conversión:

Efecto Foto-neutrino: Un fotón de alta energía choca contra un electrón, produciendo un par neutrino-antineutrino además del electrón. Es crucial en el enfriamiento de estrellas evolucionadas.

\mathbf{\gamma +e}^{\mathbf{-}}\mathbf{\rightarrow e}^{\mathbf{-}}\mathbf{+\nu +}\={\mathbf{\nu }}

Producción de Plasmones-Neutrino: En plasmas astrofísicos ultra-densos (como el interior de las enanas blancas), las oscilaciones colectivas de electrones (plasmones, \ $Gamma$ ) pueden desintegrarse directamente en un par neutrino-antineutrino.

\mathbf{\Gamma \rightarrow \nu +}\={\mathbf{\nu }}

Proceso Bremsstrahlung de Neutrinos: Un electrón acelerado por el campo eléctrico de un núcleo atómico (Z) emite un par neutrino-antineutrino en lugar de un fotón ordinario.

\mathbf{e}^{\mathbf{-}}\mathbf{+Z\rightarrow e}^{\mathbf{-}}\mathbf{+Z+\nu +}\={\mathbf{\nu }}

4. Producción por Desintegración de otras partículas

Los neutrinos también nacen de la desintegración de leptones más pesados (muones, taus) y de mesones en la atmósfera alta o en aceleradores de partículas.

Desintegración del Muón:

\mathbf{\mu }^{\mathbf{-}}\mathbf{\rightarrow e}^{\mathbf{-}}\mathbf{+}\={\mathbf{\nu }}_{\mathbf{e}}\mathbf{+\nu }_{\mathbf{\mu }}

\mathbf{\mu }^{\mathbf{+}}\mathbf{\rightarrow e}^{\mathbf{+}}\mathbf{+\nu }_{\mathbf{e}}\mathbf{+}\={\mathbf{\nu }}_{\mathbf{\mu }}

Desintegración de Piones (Generación de neutrinos atmosféricos):

\mathbf{\pi }^{\mathbf{+}}\mathbf{\rightarrow \mu }^{\mathbf{+}}\mathbf{+\nu }_{\mathbf{\mu }}

\mathbf{\pi }^{\mathbf{-}}\mathbf{\rightarrow \mu }^{\mathbf{-}}\mathbf{+}\={\mathbf{\nu }}_{\mathbf{\mu }}

Desintegración de Bosones W y Z. En física de altas energías, los portadores de la fuerza débil se desintegran directamente en neutrinos:

\mathbf{Z}^{\mathbf{0}}\mathbf{\rightarrow \nu +}\={\mathbf{\nu }}\quad \text{(Ocurre\ para\ los\ 3\ sabores\ conocidos)}

\mathbf{W}^{\mathbf{-}}\mathbf{\rightarrow e}^{\mathbf{-}}\mathbf{+}\={\mathbf{\nu }}_{\mathbf{e}}\quad (\text{O\ bien\ }\mu ^{-}+\={\nu }_{\mu },\text{\ o\ }\tau ^{-}+\={\nu }_{\tau })

En el Modelo Estándar de la actual física de partículas, cada fuerza tiene partículas que sienten esa fuerza porque llevan una «carga» asociada. La fuerza electromagnética tiene la carga eléctrica; la fuerza fuerte tiene la carga de color. La fuerza débil tiene una carga llamada isospín débil.

El electrón tiene carga eléctrica e isospín débil (siente ambas fuerzas). El quark tiene carga de color, eléctrica e isospín débil (siente las tres). Pero el neutrino SOLO tiene isospín débil. Como el neutrino está completamente desnudo de cualquier otra carga, la desintegración del bosón $Z^{0}$ en neutrino y antineutrino es el proceso más limpio, directo y puro de la fuerza débil. Es la fuerza interactuando exclusivamente con su propia naturaleza, sin interferencias de la electricidad o el magnetismo.

En todas las interacciones anteriores hay dos propiedades que se conservan antes y después y es el isospín total (o neto) y número leptónico total (o neto). El número leptónico es un valor numérico aditivo (+1, -1 o 0) que se asigna a cada partícula según las siguientes reglas:

Las partículas de una familia (como el electrón o su neutrino; el muón o su neutrino; el tauón o su neutrino) tienen un valor de +1.
Las antipartículas de esa familia (como el positrón o el antineutrino) tienen un valor de -1.
Cualquier otra partícula ajena a esa familia (quarks, protones, fotones) tiene un valor de 0.

Otras propiedades que se conservan antes y después de las interacciones anteriores son la energía, el momento, el momento angular (que incluye el spin), y la carga eléctrica. El isospín neto se conserva estrictamente en la interacción misma (justo antes y después) pero pasado un tiempo, las partículas con masa interaccionan con el llamado campo de Higgs, que tiene la capacidad de diluir el isospín de estas partículas. Pero este fenómeno va más allá de estas simples notas.

Las masas y sabores del neutrino

Los neutrinos parecen tener 3 estados de masa diferentes $m_1, m_2, m_3$ (ligera, media y alta). Hoy se piensa que todas deben ser menores que 0.06 eV (como referencia, un electrón tiene una masa de 511.000 eV). Como consecuencia de una masa tan ínfima, cualquier interacción con intercambio de energía con otras partículas los pone a velocidades ultrarrelativistas cercanas a la de la luz. Tanto los neutrinos producidos en el CERN como los detectados tras la explosión de varias supernovas sugieren velocidades cercanas a la de la luz con 9 decimales o más de aproximación.

Los neutrinos existen en tres tipos o «sabores»: electrónico, muónico y tauónico. [1, 2, 3] El sabor del neutrino es una variable cuántica que es complementarias con la masa, de manera análoga a la posición y el momento lineal (velocidad) en la mecánica cuántica tradicional. No podemos conocer ambas propiedades simultáneamente con precisión absoluta (véase Conceptos fundamentales de la Mecánica Cuántica y su origen histórico para una introducción a la Mecánica Cuántica). Si intentamos medir el sabor o la masa de un neutrino:

Al medir el sabor, el neutrino colapsa en un estado como $\vert{}\nu_e\rangle$ , que matemáticamente es una combinación lineal (superposición) de los estados de masa:

|{}\nu _{e}\rangle =U_{e1}|{}\nu _{1}\rangle +U_{e2}|{}\nu _{2}\rangle +U_{e3}|{}\nu _{3}\rangle

Donde $U_ei$ nos darían (una vez elevadas al cuadrado) las probabilidades de medir al neutrino electrónico con una masa $m_i$ . Como curiosidad, si hemos medido que está en el sabor muónico, las probabilidades de medir a continuación que su masa es ligera, media o alta sería respectivamente del 18%, 36% y 46% respectivamente.

Recíprocamente, si pudiéramos medir la masa con total precisión, y observáramos una masa intermedia $m_2$ , el neutrino colapsaría en $\vert{}\nu_2\rangle$ , perdiendo su identidad de sabor previa y convirtiéndose en una mezcla de neutrino electrónico, muónico y tauónico (con probabilidad de 30%, 35% y 35% de ser observado en alguno de esos sabores, respectivamente).

Una forma muy visual de entenderlo es con el espín de un electrón. El espín en el eje Z y el espín en el eje X son variables complementarias. Si medimos el espín en Z y da «arriba», su espín en X es una superposición de «izquierda» y «derecha». Con el neutrino ocurre algo similar entre el sabor y la masa; es como si el eje que representa la variable sabor estuviera rotada cierto ángulo no nulo respecto al eje que representa la masa.

La figura siguiente ilustra el experimento OPERA, que entre 2006 y 2012 envió billones de neutrinos muónicos producidos en el CERN hacia el Laboratorio del Gran Sasso, en Italia, a través del interior de la Tierra. El detector midió señales inequívocas de 5 neutrinos tauónicos, confirmando la existencia de este sabor y el fenómeno de la oscilación entre sabores con la distancia.

Fig. Esquema del Experimento OPERA (2006-2012). Tomado de Neutrinos: una introducción – scienceinschool.org

Si tuviéramos un neutrino con un momento lineal (p) perfectamente definido, su función de onda sería una superposición de tres ondas planas, una para cada estado de masa física ( $\nu_1, \nu_2, \nu_3$ ). Esto deriva de la mecánica cuántica relativista. En la física relativista, la energía (E), el momento (p) y la masa (m) de una partícula están ligados por la ecuación:

E^{2}=p^{2}c^{2}+m^{2}c^{4}

Si fijamos el momento p para que sea un valor único y perfectamente definido, la energía de la partícula pasa a depender exclusivamente de su masa. Como el neutrino tiene tres masas posibles distintas ( $m_1 \neq m_2 \neq m_3$ ), el sistema se ve obligado a tener tres energías diferentes y perfectamente definidas:

\begin{gather}

\begin{gather} E_{1}=\sqrt{p^{2}c^{2}+m_{1}^{2}c^{4}} \\ E_{2}=\sqrt{p^{2}c^{2}+m_{2}^{2}c^{4}} \\ E_{3}=\sqrt{p^{2}c^{2}+m_{3}^{2}c^{4}} \end{gather}

La Función de Ondas Resultante

Una onda plana pura en mecánica cuántica se define por tener un momento p y una energía E únicos. Por lo tanto, cada estado de masa física individual $m_{j}$ se propagará como una onda plana matemática perfecta e independiente:

\psi _{j}(x,t)=e^{\frac{i}{\hbar }(px-E_{j}t)}

Como el sabor del neutrino (por ejemplo, el electrónico $\nu _{e}$ ) es una combinación lineal concreta de estos tres estados de masa, su función de onda total con momento fijo es, de forma inevitable, la suma (superposición) de esas tres ondas planas:

\Psi _{\nu _{e}}(x,t)=U_{e1}^{*}\mathbf{e}^{\frac{\mathbf{i}}{\mathbf{\hbar }}\mathbf{(px-E}_{\mathbf{1}}\mathbf{t)}}+U_{e2}^{*}\mathbf{e}^{\frac{\mathbf{i}}{\mathbf{\hbar }}\mathbf{(px-E}_{\mathbf{2}}\mathbf{t)}}+U_{e3}^{*}\mathbf{e}^{\frac{\mathbf{i}}{\mathbf{\hbar }}\mathbf{(px-E}_{\mathbf{3}}\mathbf{t)}}

Estas tres ondas planas viajan al principio juntas pero con velocidades ligeramente distintas $v_i = \omega_i / k = E_i / p$ (véase Conceptos fundamentales de la Mecánica Cuántica y su origen histórico). Esto hace que interfieran entre sí, produciendo momentos en que cada uno de los sabores pasa por un máximo de aportación en relación con los otros. El neutrino va oscilando periódicamente entre sus tres sabores. Esto se debe a que la funcion de onda $nu_s$ de cada sabor s (electrónico, muónico o tauónico) es una combinación lineal diferente de las amplitudes de probabilidad de las tres masas, pero la suma de cuadrados de estos 3 coeficientes es siempre 1. En esta situación, la probabilidad cuántica de encontrar al neutrino electrónico convertido en un neutrino muónico, que sería $P_{\nu_e \rightarrow \nu_\mu} = \vert{}\langle\nu_\mu\vert{}\Psi_{\nu_e}\rangle\vert{}^2))$ presenta necesariamente una oscilación periódica en que pasa por un máximo (cuando la interferencia da una función muy cercana a la combinación lineal que define a $\nu_\mu$ ) y un mínimo (cuando la interferencia es lejana a la función $\nu_\mu$ ). Al propagarse, la interferencia va pasando periódicamente cerca de las combinaciones que definen a los otros dos sabores y vuelve a reproducir la combinación inicial de sabor electrónico. Esta es la oscilación del neutrino entre sus tres sabores a medida que se propaga sin interaccionar.

En el mundo real, los neutrinos nacen localizados en reacciones nucleares, por lo que no son ondas planas, sino pequeños paquetes de ondas con una ligera incertidumbre en su momento ( $\Delta p \neq 0$ ), pero el fenómeno de la oscilación se produce de forma similar. Si tenemos un momento con una pequeña incertidumbre, tendríamos un paquete de ondas planas con un máximo en un cierto p y una desviación típica. Este paquete se descompone de forma unívoca en tres paquetes, uno con energía centrada en E1, otro centrado en E2 y otro en E3, cada uno con su desviación típica, y cuya suma iguala al paquete original. El desglose unívoco ocurre de la siguiente manera:

Imaginemos que el neutrino nace con sabor electrónico $\nu_{e}$ . Su función de onda inicial es un paquete de ondas espacial de perfil gaussiano (o similar), centrado en un momento promedio $p_{0}$ con una desviación típica $\sigma_{p}$ .

Matemáticamente, debido a que la base de sabor está rotada respecto a la de masa a través de los coeficientes $U$ , este paquete de ondas único se proyecta y se descompone de forma unívoca en tres paquetes de ondas espaciales independientes, uno para cada estado de masa:

\Psi _{\text{total}}(x,t)=U_{e1}^{*}\,\mathbf{\psi }_{\mathbf{1}}\mathbf{(x,t)}+U_{e2}^{*}\,\mathbf{\psi }_{\mathbf{2}}\mathbf{(x,t)}+U_{e3}^{*}\,\mathbf{\psi }_{\mathbf{3}}\mathbf{(x,t)}

La suma de estos tres paquetes, ponderada por sus amplitudes de mezcla, iguala exactamente al paquete original en el instante cero para conservar la probabilidad y la energía (el asterisco denota el complejo conjugado de la variable).

Dado que cada uno de los tres paquetes individuales ( $\psi_1, \psi_2, \psi_3$ ) hereda la misma distribución de momentos (centrada en $p_{0}$ con desviación $\sigma _{p}$ ), la relación de dispersión relativista ( $E^2 = p^2c^2 + m^2c^4$ ) obliga a que cada paquete adopte su propio espectro de energías:

El paquete $\psi _{1}$ tendrá su energía centrada en $E_1 = \sqrt{p_0^2c^2 + m_1^2c^4}$ .
El paquete $\psi _{2}$ tendrá su energía centrada en $E_2 = \sqrt{p_0^2c^2 + m_2^2c^4}$ .
El paquete $\psi _{3}$ tendrá su energía centrada en $E_3 = \sqrt{p_0^2c^2 + m_3^2c^4}$ .

Cada uno de estos tres paquetes tendrá su propia desviación típica en energía ( $\sigma_{E_1}, \sigma_{E_2}, \sigma_{E_3}$ ), la cual se deriva directamente de propagar la incertidumbre del momento $\sigma_{p}$ a través de la derivada de la energía ( $\sigma_E \approx \frac{pc^2}{E} \sigma_p$ ).

Como cada uno de los tres paquetes resultantes tiene una masa central distinta y una energía central distinta, sus velocidades de grupo centrales ( $v_g = \frac{\partial E}{\partial p} = \frac{pc^2}{E}$ ) son sutilmente diferentes.

Esto es lo que provoca físicamente lo que discutíamos antes: al principio, los tres paquetes (centrados en $E_1, E_2, E_3$ ) viajan solapados, interfiriendo y haciendo variar la probabilidad del sabor de forma sinusoidal entre mínimos y máximos.

Sin embargo, a tiempos muy grandes, debido a que sus velocidades centrales son distintas, estos tres paquetes se separan en el espacio de forma unívoca, arrastrando cada uno su propia desviación típica, dejan de interferir y de oscilar entre sabores en la práctica.

Los neutrinos Y Su Rol en El Colapso de las Estrellas Gigantes

El aplastamiento que se produce al superar el núcleo de hierro de una estrella la presión de degeneración de sus electrones provoca una aceleración del proceso de «neutronización» que es la reacción de captura de un electrón por un protón para convertirse en neutrón liberando un neutrino electrónico.

e^{-}+p\rightarrow n+\nu _{e}

La captura se produce por acción de la fuerza débil, que tiene un alcance típico del diámetro de un protón. Como la estrella está hecha de trillones de electrones y protones, el núcleo se transforma en una fábrica masiva de neutrinos electrónicos ( $\nu _{e}$ ). Aunque las altas temperaturas también crean pares de neutrinos de otros sabores mediante colisiones térmicas de fotones, la avalancha inicial y más energética está dominada casi por completo por el sabor electrónico. [1]

Estos neutrinos son los responsables del vaciado de energía en las Supernovas, porque tienen una sección eficaz tan sumamente pequeña (debido a la debilidad de la fuerza a bajas energías) que escapan de la estrella mucho más rápido que la luz, casi instantáneamente. Al hacerlo, los neutrinos se llevan el 99% de toda la energía del colapso de la supernova.

Un estudio astrofísico clave publicado en septiembre de 2026, demuestra que los «sabores» de los neutrinos (partículas subatómicas casi sin masa) determinan si una estrella moribunda explota como una supernova o colapsa silenciosamente en un agujero negro. [1, 2] Este hallazgo resuelve un viejo misterio astronómico: por qué vemos menos supernovas de las que deberíamos y por qué algunas estrellas masivas desaparecen sin dejar rastro [1, 2] La investigación fue realizada por Mariam Gogilashvili e Irene Tamborra (2026, A y B. Véanse las Referencias al final).

Normalmente, los neutrinos casi no interactúan con nada. Sin embargo, estas dos astrofísicas del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague simularon las condiciones de altísima densidad que se producen en 195 estrellas gigantes a punto de colapsar, y en esa situación el comportamiento de los neutrinos también cambia. La densidad en el núcleo de la estrella es tan absurdamente gigantesca que los neutrinos quedan «atrapados». La densidad de neutrinos es tan alta que empiezan a chocar masivamente entre sí. [1, 2, 3]

Los neutrinos chocan tanto que alcanzan un equilibrio térmico local en el corazón más denso del núcleo, pero la física cuántica de sus colisiones genera efectos de coherencia colectiva tan exóticos que evitan que se comporten como un fluido de átomos común. Para entenderlo debemos separar el núcleo de la supernova en dos regiones y analizar cómo interactúan los neutrinos en cada región:

1. En el núcleo ultra-denso: Termalización absoluta

En los primeros segundos del colapso, la densidad en el centro de la estrella es tan monstruosa (en esta zona llamada neutrinosfera) que incluso los neutrinos, que normalmente atraviesan años luz de plomo sin inmutarse, quedan completamente atrapados al chocar miles de millones de veces con los neutrones, protones y entre sí mismos. En esa situación se comportan como un fluido térmico clásico «atrapado» que se difunde lentamente hacia afuera. Aquí, la coherencia cuántica individual se pierde rápidamente debida a los choques (véase Conceptos fundamentales de la Mecánica Cuántica y su origen histórico) y la tasa de colisiones tan gigantesca induce un equilibrio térmico local rápido.

2. Al salir de la neutrinosfera: El misterio de la Coherencia Colectiva

Justo cuando los neutrinos logran empezar a escapar de esa zona hiperdensa hacia las capas exteriores ocurren fenómenos no lineales extraños y los neutrinos no se comportan como los átomos cuando chocan.

Vimos que cuando los neutrinos viajan sin interaccionar, van cambiando periódicamente de «sabor», pasando de neutrino electrónico a neutrino muónico y tauónico. En un gas normal, los choques destruyen ese comportamiento cuántico (por decoherencia). Sin embargo, en una supernova, la densidad de neutrinos que escapan de la neutrinosfera es tan salvaje que chocan entre sí de forma continua a través de la interacción débil. En las simulaciones de las dos autoras citadas, esta interacción no actúa siempre como un choque elástico clásico que desordena el sistema, sino como un potencial cuántico mutuo que produce un acoplamiento colectivo autocatalítico del sabor de muchos neutrinos vecinos.

En lugar de que cada choque destruya la coherencia individual, los billones de neutrinos vecinos se acoplan cuánticamente y empiezan a comportarse como un único sistema cuántico macroscópico (un fluido cuántico coherente). Distintas regiones cambian de sabor oscilando en sincronía, en escalas de nanosegundos.

Al cambiar de sabor coherentemente en parches regionales distribuidos caóticamente, los lugares donde los neutrinos oscilan hacia sabor electrónico reciben más energía que las otras regiones, porque el sabor electrónico interactúa mucho más con la materia que los otros dos. [1, 2] Esto crea puntos calientes y violentas turbulencias asimétricas que terminan por hacer estallar la estrella a partir de esos focos locales.

En este fenómeno cuántico colectivo llamado Conversión Rápida de Sabor (Fast Flavor Conversion) por Instabilidad colisional) [1, 2] también hay una tendencia a acercarse al equilibrio termodinámico (equipartición de la energía), pero ocurre de manera distinta a lo normal: a través de este entrelazamiento forzado el exceso masivo de neutrinos electrónicos empieza a «vaciarse» y distribuirse de forma masiva hacia los sabores muónicos ( $\nu _{\mu }$ ) y tauónicos ( $\nu _{\tau }$ ). [1, 2]

Hace décadas se creía que los neutrinos mantenían su sabor original y que su energía empujaba las capas externas de la estrella hacia afuera, reactivando la onda de choque para detonar la supernova. [1, 2, 3] Pero los astrónomos no tardaron en darse cuenta de que nacen muchas estrellas masivas, pero observamos menos supernovas de las esperadas. Además, algunas supergigantes rojas simplemente desaparecían del cielo de forma «silenciosa». [1, 2]🕳️

Según las investigadoras citadas, al mutar los neutrinos electrónicos hacia otros sabores en estas estrellas (principalmente las que tienen entre 16 y 30 veces la masa de nuestro Sol), aproximadamente 2/3 de los neutrinos producidos dejan de calentar las capas externas de la estrella. Sin ese «empuje» térmico, la onda de choque de estas supernovas fracasa en impulsar hacia fuera las capas externas. [1, 2, 3] El resultado es que en lugar de explotar, la estrella colapsa directamente hacia adentro, dando origen de forma directa y silenciosa a un agujero negro. Por eso parecían «faltar» supernovas en los cálculos tradicionales: se estaban convirtiendo en secreto en agujeros negros en lugar de producir explosiones cósmicas detectables. [1, 2, 3] Para más detalles sobre la vida y el final de las estrellas masivas, véase El Nacimiento y Vida de las Estrellas.

Fig. Representación artística del material que rodea a la Supernova SN 1987A, basada en observaciones que han revelado la distribución tridimensional del material expulsado. Las observaciones fueron realizadas desde el Very Large Telescope del ESO, en Chile. Se observan dos anillos exteriores, un anillo interior, y materiales interiores más deformes

Los Detectores de Neutrinos

Los neutrinos se detectan capturando el rastro de luz o energía generado cuando chocan de forma extremadamente inusual con los átomos de un medio material (como agua purificada, hielo o argón líquido). Al no tener carga eléctrica y casi no tener masa, billones de ellos atraviesan la Tierra por segundo sin tocar nada; por ello, los detectores deben ser gigantescos y construirse bajo tierra, hielo o en el fondo del mar para aislarse de la radiación cósmica que interferiría con la medición.

¿Cómo se consigue detectarlos?

Cuando un neutrino colisiona directamente con el núcleo de un átomo en el detector, se produce una reacción que genera partículas cargadas de alta energía (como muones o electrones). Si estas partículas viajan a través de un medio (como el agua) a una velocidad mayor que la de la luz en ese mismo medio, producen un destello de luz azulado llamado radiación de Cherenkov (el equivalente óptico a la explosión sónica de un avión supersónico). Tubos fotomultiplicadores (sensores de luz hipersensibles) capturan estos destellos para reconstruir la dirección y energía del neutrino original.

El problema es que otras partículas cargadas que entran en el detector producen radiación de Cherenkov y hay que distinguir que sus destellos azules no corresponden a neutrinos. Principalmente:

Muones atmosféricos: Son los impostores más comunes. Se crean cuando los rayos cósmicos chocan contra la atmósfera superior de la Tierra. Tienen tanta energía que pueden atravesar kilómetros de roca sólida, entrar en los tanques subterráneos y dejar un rastro de luz idéntico al de un neutrino muónico. [1]
Electrones de alta energía: Producidos por desintegraciones radiactivas naturales en las rocas que rodean los tanques o por cascadas de rayos cósmicos. Generan un rastro difuso de luz idéntico al de un neutrino electrónico. [1]
Protones y partículas Alfa: Provenientes de la radiación ambiental. Si tienen suficiente energía, superan la velocidad de la luz en el agua y aportan ruido óptico al medio. [1]

Para asegurar que la luz provenga de un neutrino real y no de un impostor, se usan tres estrategias:

Construcción a gran profundidad: Colocar los detectores bajo montañas (como el Super-Kamiokande) o bajo miles de metros de hielo (como el IceCube) sirve como un escudo natural. La roca o el hielo detienen a casi todas las partículas ordinarias, pero los neutrinos los atraviesan sin enterarse. [1]
Detectores de veto (Capa externa): Los tanques tienen una «piscina exterior» instrumentalizada. Si la luz Cherenkov empieza a brillar en la pared exterior del detector, significa que una partícula cargada de alta energía entró desde fuera (es un impostor). Si la luz se enciende directamente en el centro del tanque (donde no había nada antes), se confirma que un neutrino ha tenido que chocar allí dentro y ha generado una partícula cargada de alta energía. [1]
Análisis de la forma del anillo: La forma del cono de luz ayuda a distinguir la partícula. Un muón genera un anillo de luz con bordes muy nítidos y limpios, mientras que un electrón genera un anillo «borroso» debido a que rebota más al avanzar. [1, 2]

La probabilidad de que un neutrino, que puede atravesar la Tierra entera sin interaccionar con la materia, vaya a interaccionar precisamente con la materia de nuestro detector, es una probabilidad ínfima. Pero en el caso de los neutrinos solares, juega a nuestro favor el hecho de que, procedentes del Sol, recibimos unos 65,000 millones de neutrinos por segundo por cada centímetro cuadrado. Ello permite captar 200-300 neutrinos al día en nuestros detectores. Los rayos cósmicos que golpean nuestra atmósfera son también una fuente de neutrinos relativamente importante, de los cuales captamos 10 o 12 al día. Los procedentes de agujeros negros alimentándose de galaxias (blázares) se detectan 40 al año aproximadamente, y de supernovas lejanas detectamos uno cada varias décadas.

Fig. Representación de quásar galáctico. Cuando el chorro del agujero negro está alineado con la visual terrestre, se denomina blázar

Principales detectores construidos en la Tierra

Los observatorios actuales se clasifican según el medio que utilizan para provocar y capturar la colisión:

Detector	Ubicación	Medio / Tecnología	Objetivo principal
IceCube	Antártida (Amundsen-Scott)	1 km³ de hielo puro del Polo Sur instrumentalizado con sensores a gran profundidad.	Neutrinos de alta energía de origen astrofísico (agujeros negros, supernovas).
Super-Kamiokande	Japón (Monte Ikenoyama)	Tanque subterráneo con 50,000 toneladas de agua ultrapura y 11,000 sensores ópticos.	Oscilación de neutrinos, neutrinos solares y atmosféricos.
JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory)	China (Jiangmen)	Esfera gigante subterránea llena de centellador líquido.	Determinar la jerarquía de la masa de los neutrinos.
DUNE (En construcción)	EE. UU. (Fermilab a Dakota del Sur)	Dispara un haz de neutrinos a través de la Tierra hacia tanques de argón líquido.	Estudiar la asimetría entre materia y antimateria.
KM3NeT	Mar Mediterráneo	Líneas de sensores sumergidas a miles de metros bajo el mar.	Astronomía de neutrinos y propiedades de las partículas en el hemisferio norte.

Fig. Rastro Cherenkov dejado en el detector cilíndrico del Super-Kamiokande por un neutrino muónico (izquierda) y por un neutrino electrónico (derecha). Tomado de: Neutrino Experimental Facility｜J-PARC｜Material and Life Science Experimental Facility

Referencias

-Mariam Gogilashvili e Irene Tamborra, Neutrino Flavor Conversion Shapes the Rate of Failed Core-collapse Supernovae, Physical Review D, 114, 6, Artículo L061304 (2026). DOI: 10.1103/PhysRevD.114.L061304 arXiv:2605.16504

-Mariam Gogilashvili e Irene Tamborra, Flavor Conversion Enhances or Suppresses Supernova Explodability Independent of the Progenitor Mass, Physical Review D, 114, 4, Artículo 043054 (2026). DOI: 10.1103/PhysRevD.114.043054, arXiv:2605.18972

El Extraño Comportamiento de los Neutrinos

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