Fuentes de neutrinos: de dónde vienen los neutrinos
Los neutrinos son las partículas de materia con masa distinta de cero más abundantes del universo, y llegan a la Tierra desde una asombrosa variedad de orígenes. Entender las fuentes de neutrinos - de dónde vienen los neutrinos, cuántos son y con qué energías - es la clave para leer el cosmos con un mensajero que atraviesa estrellas, planetas y nubes de polvo casi sin inmutarse. Esta página es un mapa: un recorrido por toda la taxonomía, desde los neutrinos reliquia del Big Bang hasta los que nacen cerca de los agujeros negros supermasivos, con enlaces a cada fuente en detalle.
Un mapa de las fuentes de neutrinos
Los neutrinos se producen siempre que interviene la fuerza nuclear débil: en desintegraciones radiactivas, en reacciones de fusión nuclear, en colisiones de partículas de alta energía y en los colapsos estelares. Como apenas interaccionan con la materia, escapan de los entornos más densos y viajan en línea recta durante miles de millones de años. Eso los convierte en mensajeros únicos, pero también hace que cada fuente se distinga sobre todo por dos huellas: su flujo (cuántos neutrinos llegan por segundo y por centímetro cuadrado) y su espectro de energía.
Ordenadas por abundancia y energía, las fuentes forman una jerarquía clara. Las más numerosas son las reliquias frías del Big Bang, seguidas por las de origen solar; luego vienen, con flujos cada vez menores pero energías crecientes, las atmosféricas, las de reactores, las geológicas, las de supernova, las de aceleradores y, en la cúspide energética, las astrofísicas procedentes de galaxias activas. Para situar cada eslabón en su contexto físico conviene tener presente qué es un neutrino y cómo actúa la fuerza nuclear débil que los engendra.
El fondo cósmico de neutrinos: la reliquia del Big Bang
La fuente más abundante de todas es también la más antigua e invisible. Aproximadamente un segundo después del Big Bang, cuando el universo se enfrió lo suficiente, los neutrinos dejaron de interaccionar y se desacoplaron del resto de la materia. Ese mar primordial sigue impregnando todo el espacio: los modelos cosmológicos estiman unos 336 neutrinos y antineutrinos reliquia por centímetro cúbico, sumando los tres sabores. En un dedal caben, por tanto, cientos de estas partículas fósiles.
Hoy están extraordinariamente fríos, a una temperatura de unos 1,95 kelvin, con energías del orden de la diezmilésima de electronvoltio. Precisamente por ser tan poco energéticos, todavía no se han detectado de forma directa; su existencia se infiere de la abundancia de elementos ligeros y de las anisotropías del fondo cósmico de microondas. El experimento PTOLEMY es uno de los proyectos que aspiran a capturarlos. Puedes profundizar en el fondo cósmico de neutrinos.
Neutrinos solares: la firma de la fusión estelar
El Sol es la fuente dominante de neutrinos energéticos en nuestro entorno inmediato. Cada segundo atraviesan cada centímetro cuadrado de la Tierra del orden de 6×10¹⁰ neutrinos solares (unos 60.000 millones), todos ellos neutrinos electrónicos nacidos en las reacciones de fusión del núcleo solar. La mayoría procede de la reacción protón-protón (pp) y tiene energías bajas, por debajo de unos 0,42 MeV; una fracción minoritaria, la del boro-8, alcanza hasta unos 15 MeV.
Su estudio resolvió uno de los grandes enigmas de la física del siglo XX. Desde finales de los años sesenta, el experimento de Raymond Davis en la mina de Homestake detectaba solo alrededor de un tercio de los neutrinos que predecía el modelo solar de John Bahcall: era el «problema de los neutrinos solares». La solución llegó con el descubrimiento de la oscilación de neutrinos, confirmada en el canal solar por el Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO) en 2001-2002, que demostró que los neutrinos electrónicos se transforman en otros sabores durante el viaje. Arthur McDonald, líder de SNO, compartió por ello el Premio Nobel de Física de 2015. Más en neutrinos solares.
Neutrinos atmosféricos y de aceleradores: el rango de los GeV
Cuando los rayos cósmicos - protones y núcleos de alta energía procedentes del espacio - chocan contra las capas altas de la atmósfera, generan cascadas de partículas que producen piones y kaones. Al desintegrarse, estos emiten muones y neutrinos con energías típicas del orden del GeV. Fueron estos neutrinos atmosféricos los que permitieron a Super-Kamiokande anunciar en 1998 la primera prueba sólida de la oscilación, midiendo una carencia de neutrinos muónicos que dependía de la distancia recorrida; Takaaki Kajita recibió por este trabajo el Nobel de Física de 2015.
El ser humano fabrica neutrinos con el mismo principio. En los aceleradores se lanzan haces de protones contra un blanco para producir piones que, al desintegrarse en túneles de desintegración, generan haces intensos y controlados de neutrinos. Experimentos como T2K en Japón o NOvA y DUNE en Estados Unidos disparan estos haces a lo largo de cientos de kilómetros para estudiar la oscilación con precisión. Consulta neutrinos atmosféricos para el detalle.
Reactores y geoneutrinos: fuentes terrestres
Los reactores nucleares son, con diferencia, la fuente artificial más potente. La fisión del uranio genera fragmentos ricos en neutrones que se estabilizan mediante desintegración beta, emitiendo antineutrinos electrónicos con energías de unos pocos MeV. Un reactor de gran potencia produce del orden de 10²⁰ antineutrinos por segundo. Los neutrinos de reactor fueron los primeros en detectarse: Clyde Cowan y Frederick Reines lo lograron en 1956. Décadas después, con neutrinos de reactor, KamLAND confirmó la oscilación en 2002 y el experimento Daya Bay midió el ángulo de mezcla θ₁₃ en 2012. Ver neutrinos de reactor.
La propia Tierra brilla en neutrinos. La desintegración radiactiva del uranio-238, el torio-232 y el potasio-40 en el manto y la corteza libera geoneutrinos, antineutrinos electrónicos que son testigos del calor interno del planeta. En la práctica, los experimentos KamLAND - que anunció la primera detección en 2005 - y Borexino solo captan los de las cadenas del uranio y el torio, con energías de hasta unos 3,3 MeV; los del potasio-40, de energía demasiado baja, quedan por debajo del umbral de detección aunque contribuyan al balance de calor. Amplía en geoneutrinos.
Supernovas y fuentes astrofísicas: los extremos del cosmos
Cuando el núcleo de una estrella masiva colapsa, en torno al 99 % de su energía gravitatoria se libera en forma de neutrinos: una supernova emite del orden de 10⁵⁸ neutrinos en unos segundos, con energías medias en torno a 10-15 MeV. La confirmación llegó con la supernova SN 1987A: los detectores Kamiokande-II, IMB y Baksán registraron en total unas dos docenas de neutrinos horas antes de que la luz alcanzara la Tierra, inaugurando la astronomía de neutrinos. Más en neutrinos de supernova.
En el extremo superior del espectro están los neutrinos astrofísicos de altísima energía, con valores desde los TeV hasta los PeV. Provienen de los aceleradores cósmicos más violentos: núcleos galácticos activos, blázares y remanentes de supernova. El observatorio IceCube, en la Antártida, detectó este flujo difuso a partir de 2013 y en 2017 asoció por primera vez un neutrino de ~290 TeV con un blázar concreto, el TXS 0506+056, un hito de la astronomía multimensajero. El conjunto de instrumentos que rastrean estas fuentes se describe en observatorios de neutrinos.
Cómo se distinguen y por qué importan las fuentes
Separar unas fuentes de otras es un arte experimental. La energía es la primera pista: un detector calibrado para el rango del MeV verá reactores, geoneutrinos y neutrinos solares, mientras que uno pensado para el TeV persigue el cielo astrofísico. La dirección de llegada, el sabor y el instante de detección también ayudan; un estallido súbito y coincidente en detectores de todo el mundo delata una supernova. La tecnología de captura combina centelleadores, radiación de Cherenkov y dispersión coherente, descritas en cómo se detectan los neutrinos y en la dispersión elástica coherente, observada por primera vez por la colaboración COHERENT en 2017 y confirmada después en núcleos de germanio (COHERENT, 2024-2025) y con antineutrinos de reactor por el experimento CONUS+ en 2025.
Este mapa de fuentes tiene también implicaciones para la investigación aplicada. La Neutrino Energy Group, organización de investigación con sede en Berlín fundada en 2008 por Holger Thorsten Schubart, estudia el enfoque neutrinovoltaico: la conversión de una parte de la radiación ambiental - no solo neutrinos, sino también radiación térmica y campos electromagnéticos - en una pequeña corriente eléctrica mediante un material multicapa de grafeno y silicio. Se trata de investigación en desarrollo, no de un producto comercializado ni de un efecto demostrado de forma independiente; el planteamiento se inspira en hallazgos consolidados como la confirmación de la masa del neutrino (Nobel de Física de 2015 a Takaaki Kajita y Arthur McDonald). Puedes leer más en qué es la neutrinovoltaica y sobre el aprovechamiento de energía ambiental.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la fuente de neutrinos más abundante?
El fondo cósmico de neutrinos, la reliquia del Big Bang, es con diferencia la más abundante: los modelos cosmológicos estiman unos 336 neutrinos y antineutrinos por centímetro cúbico en todo el universo. Sin embargo, son tan fríos (unos 1,95 K y energías del orden de la diezmilésima de electronvoltio) que todavía no se han detectado directamente.
¿De dónde vienen los neutrinos que llegan a la Tierra?
Llegan de muchas fuentes a la vez: del Big Bang (fondo cósmico), del Sol, de las cascadas de rayos cósmicos en la atmósfera, de los reactores nucleares, del interior radiactivo de la Tierra, de las supernovas, de los aceleradores de partículas y de galaxias activas lejanas. Cada fuente aporta un flujo y una energía característicos.
¿Cuántos neutrinos solares nos atraviesan?
Cada segundo cruza cada centímetro cuadrado de la Tierra del orden de 6×10¹⁰ neutrinos solares (unos 60.000 millones), producidos por la fusión nuclear en el núcleo del Sol. La mayoría procede de la reacción protón-protón y tiene energías por debajo de unos 0,42 MeV.
¿Cuál es la fuente de neutrinos más energética?
Los neutrinos astrofísicos de altísima energía, con valores desde los TeV hasta los PeV, son los más energéticos. Provienen de aceleradores cósmicos como los núcleos galácticos activos y los blázares. El observatorio IceCube los detecta desde 2013 y en 2017 asoció uno de ~290 TeV con el blázar TXS 0506+056.
¿Se pueden fabricar neutrinos artificialmente?
Sí. Los reactores nucleares producen del orden de 10²⁰ antineutrinos por segundo mediante la desintegración beta de los fragmentos de fisión, y los aceleradores de partículas generan haces intensos y dirigidos de neutrinos al hacer chocar protones contra un blanco. Ambas fuentes han sido esenciales para estudiar la oscilación de neutrinos.
¿Qué son los geoneutrinos?
Son antineutrinos emitidos por la desintegración radiactiva del uranio-238, el torio-232 y el potasio-40 en el manto y la corteza terrestres. Los experimentos KamLAND (primera detección en 2005) y Borexino han captado los procedentes del uranio y el torio, con energías de hasta unos 3,3 MeV, lo que permite estudiar el calor interno y la composición de la Tierra.
