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Julio 2023
Una selección de los artículos más relevantes publicados en el segundo trimestre del año en Ciencias de la Vida y la Materia.
Julio 2023
Prevención de infecciones de trasmisión sexual con antibióticos
Los hombres que tienen sexo con hombres (HSH) son un grupo de alto riesgo de adquisición de Infecciones de Trasmisión Sexual (ITS). Hasta ahora ha sido un gran hito la llamada PrEp, que conlleva la administración de fármacos antirretrovirales para evitar la adquisición de VIH en estos pacientes con motivo de sus relaciones sexuales. Paradójicamente, la alta eficacia de esta medida para la adquisición de VIH ha creado una falsa confianza y sensación de protección frente a otras ITS (distintas al VIH) cuya incidencia ha aumentado exponencialmente en estas personas.
Los autores de esta publicación, han llevado a cabo un estudio abierto y aleatorizado en el que participaron HSH y mujeres transexuales que tomaban profilaxis preexposición (PrEp) contra la infección por el VIH (cohorte PrEp) o que vivían con la infección por el VIH (cohorte personas que viven con la infección por el VIH [PVVIH]) y que habían tenido ya infecciones por Neisseria gonorrhoeae (gonorrea), Chlamydia trachomatis (clamidia) o sífilis en el último año. Los participantes fueron asignados aleatoriamente en una proporción de 2:1 a tomar 200 mg de doxiciclina en las 72 horas siguientes a las relaciones sexuales sin preservativo (profilaxis post-exposición con doxiciclina) o a recibir atención estándar sin doxiciclina.
De 501 participantes (327 en la cohorte PrEP y 174 en la cohorte PVVIH) se diagnosticó una ITS en 61 de 570 visitas trimestrales (10,7%) en el grupo de doxiciclina y en 82 de 257 visitas trimestrales (31,9%) en el grupo de atención estándar, lo que supone una diferencia absoluta de -21,2 puntos porcentuales y un riesgo relativo de 0,34 (intervalo de confianza [IC] del 95%, 0,24 a 0,46; p<0,001). En la cohorte de PVVS, se diagnosticó una ITS en 36 de 305 visitas trimestrales (11,8%) en el grupo de doxiciclina y en 39 de 128 visitas trimestrales (30,5%) en el grupo de atención estándar, lo que supone una diferencia absoluta de -18,7 puntos porcentuales y un riesgo relativo de 0,38 (IC 95%, 0,24 a 0,60; P<0,001).
Las incidencias de las tres ITS evaluadas fueron menores con doxiciclina que con la atención estándar. Ningún acontecimiento adverso grave pudo atribuirse a doxiciclina.
Luetkemeyer AF, Donnell D, Dombrowski JC, Cohen S, Grabow C, Brown CE, Malinski C, Perkins R, Nasser M, Lopez C, et al.: Postexposure Doxycycline to Prevent Bacterial Sexually Transmitted Infections. N Engl J Med 2023, 388:1296-1306.
La incidencia combinada de gonorrea, clamidia y sífilis fue inferior en dos tercios con la profilaxis post-exposición con doxiciclina que con la atención estándar, un hallazgo que respalda el uso de esta práctica entre los HSH con ITS bacterianas recientes.
Cirugía de las cataratas: ¿Operar las dos a la vez?
Es habitual que a las personas que necesitan cirugía de cataratas se les ofrezca un tratamiento secuencial. Primero se realiza la cirugía en un ojo y tras la recuperación se lleva a cabo la cirugía del segundo ojo (Cirugía Bilateral Diferida de Cataratas CBDS). Ello conlleva un alargamiento del tiempo total de tratamiento y probablemente un aumento de costes.
En este estudio publicado en Lancet, los autores llevan a cabo un ensayo clínico, controlado, aleatorio multicéntrico de no inferioridad, que incluyó participantes de diez hospitales holandeses. En pacientes con cataratas bilaterales que no presentaban un mayor riesgo de endoftalmitis o sorpresa refractiva, los participantes fueron asignados aleatoriamente (1:1) al grupo ISBCS (intervención de resección bilateral de cataratas simultáneamente) o al grupo DSBCS (procedimiento convencional).
El resultado primario buscado fue la proporción de segundos ojos con un resultado refractivo objetivo de 1-0 dioptría (D) o menos 4 semanas después de la operación, con un margen de no inferioridad de -5% para el ISBCS frente al DSBCS.
Para la evaluación económica basada en el ensayo, el criterio de valoración primario fueron los costes sociales incrementales por año de vida ajustado por calidad. Los costes se calcularon multiplicando los volúmenes de uso de recursos por los precios de coste unitario y se convirtieron a euros (€) y dólares estadounidenses de 2020.
Entre el 4 de septiembre de 2018 y el 10 de julio de 2020, un total de 865 pacientes fueron asignados aleatoriamente al grupo ISBCS (427 [49%] pacientes; 854 ojos) o al grupo DSBCS (438 [51%] pacientes; 876 ojos). En el análisis por intención de tratar modificado, la proporción de segundos ojos con una refracción objetivo de 1-0 D o inferior fue del 97% (404 de 417 pacientes) en el grupo ISBCS frente al 98% (407 de 417) en el grupo DSBCS. La diferencia porcentual fue del -1% (IC del 90%: -3 a 1; p=0-526), estableciendo así la no inferioridad de la ISBCS en comparación con la DSBCS.
No se observó ni notificó endoftalmitis en ninguno de los grupos. Los acontecimientos adversos fueron comparables entre los grupos, con sólo una diferencia significativa en la anisometropía molesta (p=0-0001). Los costes sociales fueron 403 euros (507 dólares) inferiores con la ISBCS que con la DSBCS.
La probabilidad de coste-efectividad del ISBCS frente al DSBCS fue del 100% en el intervalo de disposición a pagar de 2500-80 000 euros (3145-100 629 dólares) por año de vida ajustado por calidad.
Spekreijse L, Simons R, Winkens B, van den Biggelaar F, Dirksen C, Bartels M, de Crom R, Goslings O, Joosse M, Kasanardjo J, et al.: Safety, effectiveness, and cost-effectiveness of immediate versus delayed sequential bilateral cataract surgery in the Netherlands (BICAT-NL study): a multicentre, non-inferiority, randomised controlled trial. Lancet 2023, 401:1951-1962.
El estudio mostró que no había diferencias significativas en operarse ambas cataratas con el procedimiento convencional o en un solo acto quirúrgico. El ahorro de costes en Holanda a nivel nacional podría ascender a 27,4 millones de euros (34,5 millones de dólares) anuales.
Revolucionando el tratamiento del cáncer de páncreas con vacunas personalizadas de ARNm
El adenocarcinoma ductal pancreático (PDAC), el tipo más frecuente de cáncer de páncreas, es uno de los más mortíferos. A pesar de las terapias modernas, solo un 12% de las personas diagnosticadas con este cáncer seguirán vivas cinco años después del tratamiento.
Los fármacos inmunoterapéuticos, que ayudan al sistema inmunitario del organismo a atacar los tumores, han revolucionado el tratamiento de muchos tipos de tumores. Sin embargo, hasta la fecha han demostrado su ineficacia en el PDAC. No está claro si las células del cáncer de páncreas producen neoantígenos, proteínas que pueden ser atacadas eficazmente por el sistema inmunitario.
Un equipo de investigación financiado por los National Institutes Of Health (NIH) y dirigido por el Dr. Vinod Balachandran, del Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSKCC) ha desarrollado una vacuna personalizada con ARNm para el tratamiento del cáncer. Está diseñada para ayudar a las células inmunitarias a reconocer neoantígenos específicos en las células de cáncer de páncreas de los pacientes. Los resultados de un pequeño ensayo clínico de su tratamiento experimental se publicaron el 10 de mayo de 2023 en Nature.
Tras la intervención quirúrgica para extirpar el PDAC, el equipo envió muestras tumorales de 19 personas a sus socios de BioNTech, que realizaron una secuenciación genética de los tumores para encontrar proteínas que pudieran desencadenar una respuesta inmunitaria. A continuación, utilizaron esa información para crear una vacuna de ARNm personalizada para cada paciente. Cada vacuna se dirigía a un máximo de 20 neoantígenos.
Se crearon con éxito vacunas personalizadas para 18 de los 19 participantes en el estudio. El proceso, desde la cirugía hasta la administración de la primera dosis de la vacuna, duró una media de nueve semanas.
El tratamiento experimental, destinado a provocar la activación de las células T para combatir el cáncer específico, mostró resultados prometedores en la prevención de la recurrencia del cáncer entre los pacientes con una respuesta inmunitaria fuerte.
Rojas LA, Sethna Z, Soares KC, Olcese C, Pang N, Patterson E, Lihm J, Ceglia N, Guasp P, Chu A, et al.: Personalized RNA neoantigen vaccines stimulate T cells in pancreatic cancer. Nature 2023, 618:144-150.
"Es emocionante ver que una vacuna personalizada puede alistar al sistema inmunitario para luchar contra el cáncer de páncreas, que necesita urgentemente mejores tratamientos", afirma Balachandran. "También es motivador, ya que tal vez podamos utilizar este tipo de vacunas personalizadas para tratar otros cánceres mortales".
Se necesita más trabajo para entender por qué la mitad de las personas no tuvieron una respuesta inmunitaria fuerte a sus vacunas personalizadas. Los investigadores planean actualmente poner en marcha un ensayo clínico más amplio de la vacuna.
Amigdalitis recurrente: cirugía sí o no
La amigdalectomía ha sido una práctica regular en niños y adultos con amigdalitis aguda de repetición. En años recientes, la reducción de las amigdalectomías ha coincidido con un aumento de la hospitalización de adultos por complicaciones agudas de la amigdalitis.
En este ensayo pragmático, multicéntrico, abierto, aleatorizado y controlado que se llevó a cabo en 27 hospitales del Reino Unido, se evaluó la efectividad clínica y la rentabilidad del tratamiento conservador frente a la amigdalectomía en pacientes con amigdalitis aguda recurrente.
Los participantes eran adultos de 16 años o más que habían sido remitidos recientemente a clínicas de otorrinolaringología (ORL) de atención secundaria con amigdalitis aguda recurrente. Los pacientes fueron asignados aleatoriamente (1:1) para ser tratados con amigdalectomía o con tratamiento conservador mediante bloques aleatorios permutados, de longitud variable. La estratificación según el centro de reclutamiento y la gravedad inicial de los síntomas se evaluó mediante la puntuación del Tonsil Outcome Inventory-14 (categorías definidas como leve 0-35, moderada 36-48 o grave 49-70).
Los enfermos del grupo de amigdalectomía recibieron cirugía electiva para disecar las amígdalas palatinas en las 8 semanas posteriores a la asignación aleatoria y los del grupo de tratamiento conservador recibieron atención no quirúrgica estándar durante 24 meses. El resultado primario fue el número de días de dolor de garganta recogido durante 24 meses después de la asignación aleatoria, notificado una vez por semana con un mensaje de texto. El análisis primario se realizó en la población por intención de tratar (ITT).
Entre el 11 de mayo de 2015 y el 30 de abril de 2018, se evaluó la elegibilidad de 4.165 participantes con amigdalitis aguda recurrente y se excluyeron 3.712. En total, 453 participantes elegibles fueron asignados aleatoriamente (233 en el grupo de amigdalectomía inmediata frente a 220 en el grupo de tratamiento conservador). Se incluyeron 429 (95%) pacientes en el análisis primario ITT (224 frente a 205). La mediana de edad de los participantes fue de 23 años (IQR 19-30), con 355 (78%) mujeres y 97 (21%) varones. La mayoría de los participantes eran de raza blanca (407 [90%]). Los participantes del grupo de amigdalectomía inmediata tuvieron menos días de dolor de garganta durante 24 meses que los del grupo de tratamiento conservador (mediana de 23 días [IQR 11-46] frente a 30 días [14-65]).
Tras el ajuste por lugar y gravedad inicial, la razón de tasas de incidencia de días de dolor de garganta total en el grupo de amigdalectomía inmediata (n=224) en comparación con el grupo de tratamiento conservador (n=205) fue de 0-53 (IC del 95%: 0-43 a 0-65; <0-0001). Se consideraron relacionados con la amigdalectomía 191 acontecimientos adversos en 90 (39%) de 231 participantes. El acontecimiento adverso más frecuente fue la hemorragia (54 acontecimientos en 44 [19%] participantes). No se produjeron muertes durante el estudio.
Wilson JA, O'Hara J, Fouweather T, Homer T, Stocken DD, Vale L, Haighton C, Rousseau N, Wilson R, McSweeney L, et al.: Conservative management versus tonsillectomy in adults with recurrent acute tonsillitis in the UK (NATTINA): a multicentre, open-label, randomised controlled trial. Lancet 2023, 401:2051-2059.
En comparación con el tratamiento conservador, la amigdalectomía es clínicamente eficaz y rentable en adultos con amigdalitis aguda recurrente.
Optimismo sobre el pronóstico del Cánder de Próstata
Entre 1999 y 2009, en el Reino Unido, 82.429 hombres de entre 50 y 69 años se sometieron a la prueba del antígeno prostático específico (PSA). Se diagnosticó cáncer de próstata localizado en 2.664 hombres. De estos hombres, 1.643 se inscribieron en un ensayo para evaluar la eficacia de los tratamientos, con 545 asignados aleatoriamente a recibir monitorización activa, 553 a someterse a prostatectomía y 545 a radioterapia.
En una mediana de seguimiento de 15 años (rango, 11 a 21), se compararon los resultados en esta población con respecto a la muerte por cáncer de próstata (el resultado primario) y la muerte por cualquier causa, metástasis, progresión de la enfermedad, y el inicio de la terapia de privación de andrógenos a largo plazo (resultados secundarios).
Se completó el seguimiento de 1.610 pacientes (98%). Un análisis de estratificación del riesgo mostró que más de un tercio de los hombres tenían una enfermedad de riesgo intermedio o alto en el momento del diagnóstico. La muerte por cáncer de próstata se produjo en 45 hombres (2,7%): 17 (3,1%) en el grupo de seguimiento activo, 12 (2,2%) en el grupo de prostatectomía y 16 (2,9%) en el grupo de radioterapia (p = 0,53 para la comparación global). En total fallecieron 356 hombres (21,7%) por cualquier causa, con cifras similares en los tres grupos. Se produjeron metástasis en 51 hombres (9,4%) del grupo de seguimiento activo, en 26 (4,7%) del grupo de prostatectomía y en 27 (5,0%) del grupo de radioterapia.
La terapia de privación de andrógenos a largo plazo se inició en 69 hombres (12,7%), 40 (7,2%) y 42 (7,7%), respectivamente; la progresión clínica se produjo en 141 hombres (25,9%), 58 (10,5%) y 60 (11,0%), respectivamente. En el grupo de seguimiento activo, 133 hombres (24,4%) estaban vivos sin ningún tratamiento del cáncer de próstata al final del seguimiento. No se observaron efectos diferenciales sobre la mortalidad específica por cáncer en relación con el nivel basal de PSA, el estadio o grado del tumor o la puntuación de estratificación del riesgo. No se notificaron complicaciones del tratamiento tras el análisis a 10 años.
Hamdy FC, Donovan JL, Lane JA, Metcalfe C, Davis M, Turner EL, Martin RM, Young GJ, Walsh EI, Bryant RJ, et al.: Fifteen-Year Outcomes after Monitoring, Surgery, or Radiotherapy for Prostate Cancer. N Engl J Med 2023, 388:1547-1558.
Tras 15 años de seguimiento, la mortalidad específica por cáncer de próstata fue baja, independientemente del tratamiento asignado. Por lo tanto, la elección de la terapia implica sopesar el balance entre riesgos y beneficios del tratamiento que se elige.
Corticosteroides, además de antibióticos, para la neumonía adquirida en la comunidad
Es conocido que en algunas enfermedades infecciosas la causa más inmediata de muerte no puede atribuirse directamente a la acción del microorganismo causante sino a la respuesta inflamatoria que dicho agente es capaz de inducir. La Neumonía Adquirida en la Comunidad (NAC) cuya gravedad requiere ingreso en Unidades de Cuidados Intensivos (UCI) es una enfermedad frecuente y con cifras de mortalidad que suelen superar el 20%.
Hasta ahora, no estaba claro si los efectos antiinflamatorios e inmunomoduladores de los glucocorticoides pueden reducir la mortalidad en enfermos con NAC grave.
En este ensayo de fase 3, multicéntrico, doble ciego, aleatorizado y controlado, se asignó a adultos que habían precisado ingreso en UCI por NAC a recibir hidrocortisona intravenosa (200 mg diarios durante 4 o 7 días, durante un total de 8 o 14 días) o a recibir placebo. Todos los pacientes recibieron tratamiento estándar, incluidos antibióticos y cuidados de apoyo. El resultado primario fue la muerte a los 28 días.
Un total de 800 pacientes habían sido aleatorizados cuando se interrumpió el ensayo tras el segundo análisis provisional previsto. Se analizaron los datos de 795 pacientes. A los 28 días, se había producido la muerte en 25 de 400 pacientes (6,2%; intervalo de confianza [IC] del 95%, 3,9 a 8,6) en el grupo de hidrocortisona y en 47 de 395 pacientes (11,9%; IC del 95%, 8,7 a 15,1) en el grupo de placebo (diferencia absoluta, -5,6 puntos porcentuales; IC del 95%, -9,6 a -1,7; P = 0,006). Entre los pacientes que no estaban sometidos a ventilación mecánica al inicio del estudio, se realizó intubación endotraqueal en 40 de 222 (18,0%) en el grupo de hidrocortisona y en 65 de 220 (29,5%) en el grupo de placebo (cociente de riesgos instantáneos, 0,59; IC del 95%, 0,40 a 0,86). Entre los pacientes que no recibían vasopresores al inicio del estudio, dicho tratamiento se inició en el día 28 en 55 de 359 (15,3%) del grupo de hidrocortisona y en 86 de 344 (25,0%) del grupo placebo (cociente de riesgos instantáneos, 0,59; IC del 95%, 0,43 a 0,82). Las frecuencias de infecciones hospitalarias y hemorragias gastrointestinales fueron similares en los dos grupos; los pacientes del grupo de hidrocortisona recibieron dosis diarias de insulina más altas durante la primera semana de tratamiento.
Dequin PF, Meziani F, Quenot JP, Kamel T, Ricard JD, Badie J, Reignier J, Heming N, Plantefève G, Souweine B, et al.: Hydrocortisone in Severe Community-Acquired Pneumonia. N Engl J Med 2023, 388:1931-1941.
Entre los pacientes con neumonía grave adquirida en la comunidad que reciben tratamiento en la UCI, los que recibieron hidrocortisona, además de antibióticos, tuvieron un menor riesgo de muerte en el día 28 que los que recibieron placebo.
Nuevo modelo de embrión humano a partir de células madre: defectos del desarrollo o pérdidas de embarazos tienen nuevas esperanzas
Dos equipos de científicos han anunciado que han cultivado estructuras similares a embriones, hechas enteramente a partir de células madre humanas. Los embriones sintéticos se desarrollaron hasta un estadio equivalente al de los embriones naturales unos 14 días después de la fecundación. Estos experimentos podrían brindar la oportunidad de estudiar el desarrollo embrionario humano en fases más avanzadas que nunca.
La estructura sintética, creada a partir de células madre humanas sin necesidad de óvulos, espermatozoides ni fecundación, reproduce algunas de las células y estructuras que suelen aparecer en la tercera y cuarta semanas de embarazo. Pero se diseñó específicamente por carecer de los tejidos que forman la placenta y el saco vitelino en un embrión natural, lo que significa que no tenía el potencial teórico de convertirse en un feto.
Los investigadores afirman que los modelos embrionarios resultantes muestran estructuras y perfiles de transcripción de genes encontrados en embriones humanos entre 6 y 14 días después de la fecundación, hasta el inicio de la etapa llamada gastrulación, cuando las células que formarán el embrión se organizan en una capa entre la cavidad amniótica y el saco vitelino.
Weatherbee BAT, Gantner CW, Daza RM, Hamazaki N, Iwamoto-Stohl LK, Shendure J, Zernicka-Goetz M: Transgene directed induction of a stem cell-derived human embryo model. bioRxiv 2023.06.15.545082; doi: https://doi.org/10.1101/2023.06.15.545082 2023.
Oldak B, Wildschutz E, Bondarenko V, Aguilera-Castrejon A, Zhao C, Tarazi S, Comar MY, Ashouokhi S, Lokshtanov D, Roncato F, et al.: Transgene-Free Ex Utero Derivation of A Human Post-Implantation Embryo Model Solely from Genetically Unmodified Naïve PSCs. bioRxiv 2023.06.14.544922; doi: https://doi.org/10.1101/2023.06.14.544922 2023
Estas entidades cultivadas en laboratorio podrían aportar información crucial sobre un periodo oculto del desarrollo temprano para ayudar a comprender el impacto de los trastornos genéticos y las causas del aborto espontáneo recurrente. También podrían utilizarse para analizar el efecto de los fármacos en los embriones y estudiar la relación entre la diabetes gestacional y los defectos cardíacos en los bebés. Con el tiempo, podrían emplearse en medicina regenerativa, para crear injertos personalizados de tejido cardíaco o hepático que sirvieran de puente para pacientes a la espera de órganos de donantes.
La investigación con embriones humanos naturales tiende a respetar una directriz ampliamente adoptada - impuesta por ley en muchos países - según la cual los embriones humanos no deben cultivarse en el laboratorio más allá de los 14 días. Esto significa que los investigadores tienen que utilizar modelos animales para estudiar las fases posteriores del desarrollo embrionario. Éstos no reflejan necesariamente los procesos correspondientes en humanos. Por tanto, los modelos de más de 14 días podrían ofrecer información importante sobre el desarrollo embrionario humano que no puede obtenerse actualmente.
Buenas noticias en la donación de corazones para trasplante
Los datos que demuestran la eficacia y seguridad del trasplante de corazones obtenidos de donantes tras muerte circulatoria en comparación con corazones obtenidos de donantes tras muerte cerebral son limitados.
Este trabajo que ha visto la luz en New England Journal of Medicine en el mes de junio de 2023, relata un ensayo aleatorizado de no inferioridad en el que se asignaron candidatos adultos a trasplante cardiaco en una proporción de 3:1 para recibir un corazón tras la muerte circulatoria del donante o un corazón de un donante tras la muerte cerebral si ese corazón estaba disponible en primer lugar (grupo de muerte circulatoria) o para recibir únicamente un corazón que se había conservado con el uso de almacenamiento en frío tradicional tras la muerte cerebral del donante (grupo de muerte cerebral). El criterio de valoración primario fue la supervivencia ajustada al riesgo a los 6 meses en el grupo de muerte circulatoria como tratamiento en comparación con el grupo de muerte cerebral.
La variable principal de seguridad fueron los acontecimientos adversos graves asociados al injerto cardíaco a los 30 días del trasplante.
Un total de 180 pacientes se sometieron a un trasplante; 90 recibieron un corazón donado tras una muerte circulatoria y 90 recibieron un corazón donado tras una muerte cerebral. Un total de 166 receptores de trasplantes fueron incluidos en el análisis primario según tratamiento (80 que recibieron un corazón de un donante en muerte circulatoria y 86 que recibieron un corazón de un donante en muerte encefálica). La supervivencia ajustada al riesgo a los 6 meses en la población según tratamiento fue del 94% (intervalo de confianza [IC] del 95%, 88 a 99) entre los receptores de un corazón procedente de un donante fallecido en circunstancias circulatorias, en comparación con el 90% (IC del 95%, 84 a 97) entre los receptores de un corazón procedente de un donante fallecido en circunstancias cerebrales (diferencia de medias por mínimos cuadrados, -3 puntos porcentuales; IC del 90%, -10 a 3; P<0,001 para la no inferioridad [margen, 20 puntos porcentuales]). No hubo diferencias sustanciales entre grupos en el número medio por paciente de acontecimientos adversos graves asociados al injerto cardíaco a los 30 días del trasplante.
Schroder JN, Patel CB, DeVore AD, Bryner BS, Casalinova S, Shah A, Smith JW, Fiedler AG, Daneshmand M, Silvestry S, et al.: Transplantation Outcomes with Donor Hearts after Circulatory Death. N Engl J Med 2023, 388:2121-2131.
En este ensayo, la supervivencia ajustada al riesgo a los 6 meses del trasplante con un corazón de donante que había sido reanimado y evaluado con el uso de perfusión extracorpórea no isquémica tras muerte circulatoria no fue inferior a la del trasplante con cuidados estándar con un corazón de donante que había sido preservado con el uso de almacenamiento en frío tras muerte encefálica.
Nuevas medidas de la masa del bosón W+-
Recientemente, la colaboración científica que opera desde el año 2010 el detector de partículas elementales ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus), instalado en una de las áreas experimentales del anillo de colisiones protón-protón LHC (Large Hadron Collider) del Laboratorio CERN (Ginebra, Suiza), ha presentado una nueva medida de la masa del bosón W± (MW), uno de los agentes mediadores de la interacción electro-débil, resultado de la unificación de las descripciones teóricas de las interacciones electromagnéticas y débiles (Improved W boson Mass Measurement using s = √7 TeV Proton-Proton Collisions at the ATLAS Detector).
Otro de los agentes masivos de la interacción unificada es el bosón Z0. Estos bosones, Z0 y W±, fueron descubiertos en los experimentos UA1 y UA2 operando en el anillo de colisiones protón-antiprotón SPPS del CERN en 1983, validando el Modelo Estándar de Física de Partículas Elementales. En 1984 Carlo Rubbia y Simon Van der Meer recibieron el premio Nobel de Física “por sus decisivas contribuciones al gran proyecto, que condujo al descubrimiento de estas partículas-campo, comunicadores de la interacción débil”.
Las propiedades intrínsecas de los bosones Z0 y W±, así como de multitud de procesos electro-débiles fueron estudiadas en gran detalle en el anillo de colisiones electrón-positrón LEP (Large Electron Positron Machine) del CERN que operó durante el periodo 1989-2000, así como en el Tevatron de Fermilab (Chicago, EEUU).
A diferencia del bosón de Z0, cuyo valor de la masa (MZ) es una constante universal (como la velocidad de la luz c, la constante hiperfina αem o la constante G de Fermi), la masa del bosón W± (MW) puede calcularse teóricamente. En primer orden de perturbaciones solo intervienen en el cálculo la masa del Z0 las correcciones radiativas debidas al quark top y al bosón de Higgs. A día de hoy, el cálculo teórico más preciso de la masa del W± es MW = 80354 ± 8 MeV,
Hasta mediados del año 2022, la medida experimental más precisa de la masa del W± obtenida a partir de los datos de LEP, el Tevatron y el LHC era: MW = 80377 ± 12 MeV, compatible, a nivel de 2 σ, con la predicción teórica.
Recientemente, el experimento CDF instalado en el anillo de colisiones protón-antiprotón Tevatron ha publicado una nueva medida de MW (High-precision measurement of the W boson mass with the CDF II detector), MW = 80433,5 ± 9,4 MeV, que por sí sola representa una desviación estadística muy significativa, cerca de 7 σ, y que de confirmarse obligaría a revisar la predicción teórica.
Más recientemente, la colaboración ATLAS ha presentado una nueva y más precisa determinación de MW, MW = 80360 ± 16 MeV, en buen acuerdo con la predicción teórica.
Note AC: Improved W boson Mass Measurement using √s = 7 TeV Proton-Proton Collisions with the ATLAS Detector . Science ATLAS-CONF-2023-004 2nd April 2023, 376:170-176
Durante el periodo 2022-2025 (Run 3) los experimentos en el LHC esperan almacenar una cantidad de datos, 150 fb-1, similar a la obtenida durante el periodo 2010-2022 (Run 1, Run2), alcanzando un total de aproximadamente 300 fb-1. El incremento estadístico y posiblemente la reducción de errores sistemáticos permitirá hacer medidas más precisas que resuelvan las diferencias observadas por las colaboraciones ATLAS-LHC y CDF-Tevatron. Las medidas en vías de publicación de la colaboración CMS-LHC probablemente contribuirán también a aclarar esta potencial importante discrepancia.
Oscilación de antineutrinos en la instalación nuclear Daya Bay (China)
Recientemente, la colaboración científica que opera el sistema de detección de antineutrinos procedentes del entramado de reactores nucleares Daya Bay ha publicado medidas de precisión en la Revista Physical Review Letters en el artículo Precision Measurement of Reactor Antineutrino Oscillation at Kilometre-Sacale Baselines by Daya Bay. En particular las medidas de sin22θ13 y Δm232 utilizando una muestra final de 5,5 x 106 candidatos de desintegración-beta inversa (IBD) con el neutrón del estado final capturado en gadolinio (n-GD) tras 3158 días de operación. Los resultados obtenidos en la medida de los parámetros de oscilación son sin22θ13 = 0.0851 ± 0.0024, Δm232 = (2.466 ± 0.060) x 10-3 eV2 para el ordenamiento de masas de neutrinos normal o Δm232 = - (2.571 ± 0.060) x 10-3 eV2 para el ordenamiento de masas de neutrinos invertido. Estas medidas, en particular la del ángulo θ13, responsable de la oscilación de neutrinos electrónicos en neutrinos con otro tipo de “sabor”, mejoran significativamente medidas precedentes en los experimentos con antineutrinos producidos en los reactores nucleares RENO (Hanbit Nuclear Power Plant, Corea del Sur) y Double Chooz (Chooz Reactor, Francia), este último con participación del CIEMAT, y confirman que el ángulo θ13 es distinto de 0.
El fenómeno de las oscilaciones de neutrinos, esto es la trasformación de un neutrino de un determinado “sabor“ (νe , νµ , ντ) en un neutrino con ”sabor” diferente, predicho en 1958 por Bruno Pontecorvo y firmemente establecido por numerosas observaciones a partir de 1998, ha sido reconocido con la concesión de los Premios Nobel de Física en 2002 a Raymond Davis Jr. y Masatoshi Koshiba “por contribuciones pioneras en astrofísica, en particular por la detección de neutrinos cósmicos” y en 2015 a Takaaki Kajita y Arthur B. Mc Donald “por el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos, que muestran que los neutrinos tienen masa”. El fenómeno de las oscilaciones constituye la evidencia empírica de que los neutrinos tienen masa (al menos, uno de ellos) invalida una de las hipótesis de partida del Modelo Estándar de Partículas e Interacciones (en el que los neutrinos tienen masa 0) ha generado en las últimas décadas ambiciosos programas de investigación, fundamentalmente en Japón, China, Europa. Estados Unidos y Canadá. Algunas iniciativas utilizan fuentes naturales de neutrinos: solares, atmosféricos y otros procesos astrofísicos, otras iniciativas utilizan los neutrinos producidos en los procesos de fisión en reactores nucleares y, finalmente, otras prefieren los producidos en las colisiones generadas por la interacción de haces de partículas creadas en aceleradores de partículas que, tras interaccionar con blancos fijos, permiten fabricar haces de neutrinos y antineutrinos con distinto “sabor” y energía.
El objetivo final de este colosal esfuerzo experimental y teórico es esencialmente la medida precisa de los parámetros que describen las oscilaciones y que aparecen en la denominada matriz de Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata propuesta por estos tres últimos en 1962 (tres ángulos de mezcla θ12, θ23, θ13), así como dos diferencias de masas de neutrinos al cuadrado.
El experimento descrito en el artículo utiliza 8 detectores de antineutrinos (ADs) para detectar antineutrinos electrónicos por tres pares de reactores emitidos por tres pares de reactores (2.9 GWht) en la instalación de potencia nuclear en Daya Bay-Ling, Shenzhen. Los detectores están instalados en tres cavernas subterráneas experimentales, distantes en promedio 500 m, 500 m y 1600 m de los reactores, y están inmersos en piscinas acuáticas. Cada piscina está equipada de contadores Cherenkov y cuatro capas de cámaras de láminas resistivas. Los candidatos IBD se detectan en un volumen de 20 toneladas de líquido centelleante dopado con 0.1% de gadolinio (en peso) contenido en un cilindro acrílico de 3 m de diámetro inmerso en el interior de otro cilindro acrílico de 4 m de espesor que contiene 22 toneladas de líquido centelleante. Los fotones ópticos generados en el centelleante se detectan en un sistema de 192 fotomultiplicadores.
An FP, Daya Bay Collaboration: Precision Measurement of Reactor Antineutrino Oscillation at Kilometer-Scale Baselines by Daya Bay. Physical Review Letters 2023, 130:161802.
Los resultados que aparecen en el artículo reseñado constituyen un notable avance en la comprensión cuantitativa (precisa medida de los elementos de la matriz P-M-N-S) del fenómeno de oscilación de neutrinos, una componente muy relevante del sector del “sabor” en el Modelo Estándar. Es apropiado señalar que en el sector de los quarks también aparecen los fenómenos de oscilación y mezcla de los quarks, descrita por la matriz de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM), los dos últimos, ganadores del Premio Nobel de Física en 2008 “por el descubrimiento del origen de la simetría que predice la existencia de al menos tres familias de quarks en la naturaleza”. La estructura de las matrices PMNS y CKM es muy diferente y refleja el hecho de que, tanto en el sector de los leptones como en el sector de los quarks, las diferencias de masa y la magnitud de las mezclas son muy distintas. Ciertamente un campo de investigación futura potencialmente de gran interés.
El pasado 8 de mayo la Dra. Inés Gil-Botella impartió en la Fundación Ramón Areces la conferencia “La insoportable levedad de los neutrinos”, relacionada con el tema de esta reseña.
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