Un reactor emite antineutrinos electrónicos
Los neutrinos son partículas elementales extremadamente ligeras, sin carga eléctrica y muy poco propensas a interactuar con la materia. Se producen en las reacciones nucleares del Sol, en las explosiones estelares y en los reactores de la Tierra. Innumerables neutrinos atraviesan continuamente nuestros cuerpos y el planeta sin dejar prácticamente ninguna huella.
Existen tres sabores de neutrino: electrónico, muónico y tauónico. Los experimentos también distinguen los tres sabores correspondientes de antineutrinos. Sin embargo, persiste una pregunta fundamental: ¿son los neutrinos y los antineutrinos partículas distintas o podría un neutrino ser su propia antipartícula?1
Los reactores producen antineutrinos electrónicos. Cuando la fisión del uranio o del plutonio genera núcleos inestables, muchos de esos núcleos experimentan desintegración beta: un neutrón se transforma en un protón y se emiten un electrón y un antineutrino electrónico. Como innumerables productos de fisión se desintegran continuamente, el reactor es una fuente muy intensa y relativamente estable de antineutrinos electrónicos. JUNO no utiliza antineutrinos porque el orden de masas solo pueda estudiarse con antipartículas, sino porque los reactores proporcionan una fuente adecuada para medirlo.
Una colaboración internacional encabezada por el Instituto de Física de Altas Energías (IHEP) de la Academia China de Ciencias construyó el Observatorio Subterráneo de Neutrinos de Jiangmen (JUNO) en Guangdong, China. Se encuentra a una distancia media de aproximadamente 52,5 km de los reactores de las centrales nucleares de Yangjiang y Taishan, y está diseñado para medir con gran precisión los cambios en los antineutrinos electrónicos que llegan de esas instalaciones. Determinar el orden de las masas de los neutrinos constituye uno de sus objetivos principales.2
El Premio Nobel de Física de 2026 fue concedido a Francis Halzen por sus contribuciones decisivas al observatorio IceCube, que utiliza hielo antártico como medio detector, y al descubrimiento de neutrinos de alta energía de origen astrofísico.3 IceCube observa neutrinos muy energéticos que llegan desde regiones lejanas del universo; JUNO analiza el patrón de oscilación de antineutrinos electrónicos mucho menos energéticos procedentes de reactores. Ambos estudian neutrinos, pero difieren en las fuentes, las energías y las preguntas científicas.
Un neutrino puede detectarse con otro sabor
Los sabores electrónico, muónico y tauónico no se corresponden uno a uno con tres masas fijas. Los neutrinos poseen también tres estados de masa distintos.
Imaginemos un reloj con tres agujas que giran a velocidades ligeramente diferentes. Al principio mantienen cierta disposición, pero sus posiciones relativas se separan con el tiempo. Del mismo modo, las fases cuánticas relativas de los tres estados de masa cambian mientras se propaga el neutrino. Por eso, una partícula producida con sabor electrónico puede detectarse más tarde con otro sabor. Este fenómeno recibe el nombre de oscilación de neutrinos.4
Los antineutrinos también oscilan. Aunque todos comiencen como antineutrinos electrónicos en el reactor, después de recorrer 52,5 km no todos se detectarán con ese mismo sabor. JUNO mide esa variación.
Contar los antineutrinos electrónicos que sobreviven
Un antineutrino electrónico puede producir en JUNO una reacción especialmente reconocible. Si interacciona con un protón del detector, aparecen un positrón —la antipartícula del electrón— y un neutrón. El positrón deposita energía en el material y provoca una señal luminosa temprana. Poco después, la captura del neutrón por otro núcleo genera una segunda señal.
La sucesión característica de dos señales permite distinguir muchos sucesos reales de las coincidencias accidentales del fondo. Se trata de la desintegración beta inversa, un método habitual para detectar antineutrinos de reactor.
En cambio, a las energías de pocos MeV de los reactores, un antineutrino muónico o tauónico no puede identificarse mediante la reacción cargada equivalente: no hay energía suficiente para crear los leptones cargados, mucho más pesados, que permitirían reconocer esos sabores.5 JUNO no cuenta directamente los antineutrinos de los otros sabores, sino cuántos antineutrinos electrónicos siguen presentes.
Esa fracción de supervivencia depende de la energía. En algunas energías sobreviven más; en otras, desaparecen más. Al representar los sucesos detectados frente a la energía aparece una secuencia de picos y valles: un espectro energético. JUNO debe medir sus detalles más finos.
Leer un patrón de batidos a 52,5 km
Los tres estados de masa se denominan normalmente ν₁, ν₂ y ν₃. Sabemos que ν₂ es más pesado que ν₁. Lo que aún ignoramos es si ν₃ está por encima o por debajo de los otros dos. Si ν₃ es el más pesado, hablamos de orden normal; si es el más ligero, de orden invertido.
La estrategia no consiste en pesar directamente neutrinos individuales. Las diferencias entre los estados de masa dejan su huella en las oscilaciones. Debido a las distintas diferencias de masas al cuadrado, el espectro de antineutrinos electrónicos presenta una variación relativamente lenta y, superpuestas, ondulaciones mucho más rápidas. Su interferencia forma algo semejante a los batidos entre ondas de distinta frecuencia.6
La distancia media de 52,5 km permite observar la variación lenta junto a muchas ondulaciones rápidas. Esa es la razón de que JUNO no esté junto al reactor ni a una distancia mucho mayor.
Los espectros previstos para el orden normal y el invertido no son completamente distintos. La diferencia se manifiesta en pequeños desplazamientos de las posiciones de ciertos máximos y mínimos. El orden de masas está codificado en la estructura más delicada de ese patrón.
Por qué hacen falta 20.000 toneladas de líquido
Las diferencias que se pretende medir son extraordinariamente pequeñas. Entre los antineutrinos electrónicos que recorren 52,5 km, apenas una fracción interactúa dentro del detector. Para reconocer las ondulaciones asociadas al orden de masas hay que acumular numerosos sucesos raros y medir su energía con una resolución suficientemente buena.
Es necesario detectar muchos sucesos y medir cada uno con precisión.
En el centro de JUNO hay una esfera acrílica de 35,4 metros de diámetro que contiene unas 20.000 toneladas de centelleador líquido. Esta sustancia emite luz cuando una partícula deposita energía. Decenas de miles de fotosensores alrededor de la esfera registran esa luz y permiten reconstruir la energía del suceso.2
Un volumen enorme aumenta la probabilidad de registrar interacciones raras. Pero, si la resolución energética no es adecuada, los pequeños picos se desdibujan; y si la escala de energía está ligeramente desplazada, los máximos pueden parecer situados donde no corresponden. No basta con un detector grande, ni con un detector preciso: se necesitan ambas cualidades.
Medir también el espectro en el origen
Existe otra dificultad incluso con un detector extraordinariamente preciso. No todas las irregularidades del espectro que recibe JUNO tienen por qué deberse a las oscilaciones. La distribución de energías de los antineutrinos podría tener ya pequeñas estructuras cuando sale del reactor.
Para separar ambos efectos se construyó el Observatorio de Antineutrinos de Taishan (TAO), un detector más pequeño situado cerca del reactor. Allí se mide con precisión el espectro inicial, antes de que las oscilaciones hayan avanzado mucho.7 TAO observa el patrón cerca del punto de partida; JUNO lo observa tras recorrer aproximadamente 52,5 km. La comparación ayuda a identificar qué detalles proceden del reactor y cuáles de las oscilaciones durante el viaje.
TAO comenzó a adquirir datos reales en 2026. Cuando presentó su análisis de 207 días en junio de ese año, la colaboración JUNO explicó que el espectro de reactor medido por TAO también había contribuido al resultado actualizado.8
Los primeros indicios del orden normal
JUNO empezó a tomar datos físicos el 26 de agosto de 2025. Los primeros resultados, basados en 59,1 días de observación efectiva, aparecieron en Nature en junio de 2026. El experimento midió parámetros fundamentales de la oscilación lenta con una precisión aproximadamente 1,6 veces mayor que las mediciones anteriores combinadas. Sin embargo, esos primeros datos no determinaron el orden de masas.9
Durante la conferencia internacional Neutrino 2026, celebrada en junio, la colaboración presentó un análisis preliminar de aproximadamente 207 días. Al combinar JUNO con restricciones procedentes de experimentos de neutrinos de acelerador de línea de base larga, los resultados favorecían el orden normal con una significación aproximada de 2,3σ.8
El 29 de septiembre de 2026, la colaboración publicó un preprint que describe el análisis con mayor detalle. La muestra comprendía 207,2 días efectivos de observación y 8.294 sucesos candidatos de desintegración beta inversa. JUNO alcanzó una precisión de alrededor del 1 % en la medida de una diferencia atmosférica de masas al cuadrado. Eso demuestra un progreso en la lectura de las oscilaciones finas, no el descubrimiento del orden de masas.8
Importa mucho cómo se combinan las restricciones experimentales. El análisis empleó una restricción medida por el experimento de reactor Daya Bay para seleccionar el mínimo físicamente apropiado bajo cada hipótesis de ordenamiento. Al añadir las restricciones sobre diferencias de masas al cuadrado procedentes de experimentos de acelerador de línea de base larga, el orden normal resultó favorecido con una significación unilateral de al menos 2,1σ para todos los valores posibles de la fase CP.8
No debe interpretarse el 2,3σ anunciado en junio y el mínimo de 2,1σ descrito en septiembre como una simple caída o subida de una misma cifra. En particular, 2,1σ no es una significación obtenida por JUNO en solitario. Otra comparación, basada en estadística bayesiana, produjo un factor de Bayes de 10,18 favorable al orden normal. Tampoco significa que dicho orden tenga automáticamente un 91 % de probabilidad de ser correcto.8 10
Será necesario acumular más datos y seguir comprobando las incertidumbres sistemáticas de la calibración energética y del espectro inicial del reactor. Además, en octubre de 2026, el análisis divulgado el 29 de septiembre seguía siendo un preprint, no un artículo publicado tras revisión por pares.
Aun así, el avance entre los primeros 59,1 días y los 207,2 días es claro. La primera muestra demostró que JUNO podía medir las oscilaciones con precisión; la muestra ampliada, combinada con las restricciones externas de línea de base larga, comenzó a inclinar la comparación entre los dos órdenes hacia el normal.
¿Persistirá esa preferencia al acumular más datos hasta alcanzar el nivel de evidencia que permita hablar de un descubrimiento?
Notas
1. ¿Dirac o Majorana? Si neutrinos y antineutrinos fueran partículas distintas, los neutrinos serían de tipo Dirac. Si un neutrino fuera su propia antipartícula, sería de tipo Majorana. Los experimentos de oscilación actuales no distinguen ambas opciones. Revisión académica.
2. JUNO y su detector central. JUNO Collaboration, “Initial performance results of the JUNO detector”, Chinese Physics C 50, 043001 (2026), DOI 10.1088/1674-1137/ae3dc1. El recipiente acrílico esférico tiene 35,4 m de diámetro y contiene aproximadamente 20.000 toneladas de centelleador líquido. La colaboración internacional, encabezada por el IHEP, estudia asimismo neutrinos solares, de supernovas, atmosféricos y geoneutrinos. Artículo sobre el detector.
3. Alcance del Nobel de Física de 2026. Francis Halzen fue reconocido por su contribución decisiva a IceCube y al descubrimiento de neutrinos de alta energía de origen astrofísico, no por el estudio de las oscilaciones de antineutrinos de reactor ni del orden de masas en JUNO. Comunicado oficial del Nobel · Comunicado de IceCube.
4. Sabores y estados de masa. Los sabores electrónico, muónico y tauónico son superposiciones cuánticas de los autoestados de masa ν₁, ν₂ y ν₃. Sus fases relativas evolucionan durante la propagación, modificando las probabilidades de detección de cada sabor. La matriz PMNS describe su mezcla. Particle Data Group.
5. Por qué no se identifican igual los otros sabores. Los antineutrinos de reactor tienen energías de pocos MeV, insuficientes para producir los leptones cargados mucho más pesados que permitirían identificar los sabores muónico o tauónico. JUNO mide la desaparición de antineutrinos electrónicos, no la aparición directa de los otros sabores. Análisis de JUNO.
6. Batidos y diferencias de masas al cuadrado. Los períodos de oscilación dependen principalmente de las diferencias Δm² entre masas al cuadrado. La probabilidad de supervivencia contiene una variación lenta asociada a Δm²₂₁ y otras rápidas asociadas a diferencias mayores. Estudio de sensibilidad de JUNO.
7. TAO. El detector cercano al reactor mide el espectro antineutrínico antes de las oscilaciones apreciables y reduce las incertidumbres introducidas por detalles finos de la emisión original. Empezó a tomar datos en 2026 y, según la colaboración, contribuyó al análisis presentado en junio. TAO no determina por sí solo el orden de masas. Estudio de diseño · Preprint de JUNO que incorpora el espectro medido por TAO.
8. Análisis de 207 días y condiciones estadísticas. En junio se comunicó una preferencia de 2,3σ por el orden normal al incluir restricciones externas de línea de base larga. Comunicado oficial del IHEP. El preprint del 29 de septiembre analizó 207,2 días efectivos y 8.294 candidatos a desintegración beta inversa, alcanzando alrededor del 1 % en una diferencia de masas al cuadrado atmosférica. Se utilizaron restricciones de Daya Bay para escoger el mínimo adecuado en cada hipótesis; al añadir datos de acelerador de línea de base larga, la preferencia unilateral por el orden normal fue de al menos 2,1σ en todo el intervalo de la fase CP. El factor de Bayes 10,18 no representa directamente una probabilidad de descubrimiento ni una probabilidad posterior independiente de las hipótesis. JUNO Collaboration, arXiv:2609.37895. Este preprint debe distinguirse del artículo revisado por pares correspondiente a los primeros 59,1 días.
9. Los primeros 59,1 días. JUNO Collaboration, “Measurement of reactor neutrino oscillation with the first JUNO data”, Nature 654, 343–348 (2026), DOI 10.1038/s41586-026-10538-z. El trabajo midió sin²θ₁₂ y Δm²₂₁ con una precisión aproximadamente 1,6 veces mejor que la de resultados combinados anteriores; no estableció el orden de masas. Artículo de Nature.
10. Interpretación de la significación estadística. Una significación expresada en σ depende del contraste, de las hipótesis y de las restricciones utilizadas. El 2,3σ equivale aproximadamente a una cola unilateral del 1 % en una distribución normal estándar; no significa que el orden normal tenga un 99 % de probabilidad de ser verdadero. El mínimo de 2,1σ incorpora experimentos externos y considera toda la fase CP. El factor de Bayes 10,18 tampoco puede convertirse automáticamente en un 91 % de probabilidad. Preprint de JUNO · Particle Data Group.