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Resultados preliminares hablan de una diferencia de masa entre neutrinos y antineutrinos, algo que contradice la teoría actual en Física de Altas Energías.

Mina Soudan, donde se realiza el experimento. Fuente: J. Davis/Wikimedia.

Investigadores del experimento MINOS del Fermilab han anunciado un sorprendente resultado que podría apuntar hacia una diferencia fundamental entre neutrinos y sus antipartículas. El hallazgo, si se confirma en futuros experimentos, podría ayudar a los físicos a explorar algunas de las diferencias fundamentales entre materia y antimateria.
El experimento MINOS está diseñado para poner a prueba la teoría sobre los neutrinos y su capacidad de cambiar de un tipo a otro, capacidad conocida como oscilación. Como ya sabemos los neutrinos vienen en tres tipos: electrónico, muónico y tauónico, asociados a sus leptones correspondientes: electrón, muón y tau. A su vez, cada uno de estos está asociado a una familia de quarks, todo según el Modelo Estándar de partículas.
La razón de que se propusieran las oscilaciones se debió a que se detectaban menos neutrinos electrónicos procedentes del Sol de lo que la Física Nuclear dictaba. Si los neutrinos, en su viaje hasta la Tierra cambiaban de “sabor” hacia los otros que los detectores no veían, el problema quedaba solventado. Pero cuando en los años cincuenta se propuso la idea de las oscilaciones fue controvertida porque implicaba que los neutrinos tenían que tener masa, algo que contradecía el Modelo Estándar. Sin embargo, esta cualidad fue demostrada posteriormente hace no tanto tiempo. El Sol producía los neutrinos en la cantidad adecuada y éstos transmutaban de un sabor a otro. La fisica nuclear de fusión quedaba a salvo, pero aparecía un nuevo problema.
Las oscilaciones también explicaba la aparente menor cantidad de neutrinos muónicos producidos por los rayos cósmicos en la alta atmósfera terrestre.
Según David Wark, de Imperial College, los nuevos resultados no demolerían un modelo particular, sino que requerirían un revisión del modo en que se hace Física de Partículas.
Con MINOS se estudian, por primera vez con muy alta precisión, las oscilaciones de los neutrinos de una haz controlado de neutrinos producido con un acelerador de partículas. Cada experimento empieza en el Fermilab, cerca de Chicago, donde un blanco es bombardeado con protones de alta energía, produciéndose un haz de neutrinos. Este haz está está dirigido hacia la mina Soudan en Minesota, a 737 km del lugar. Los neutrinos cruzan esa porción de corteza terrestre y llegan hasta el detector MINOS situado en la mina, que consiste en un calorímetro en presencia de un campo magnético. El detector está diseñado para realizar con extremada precisión medidas del espectro de energía de los muones surgidos de la interacción de los neutrinos con el material del detector.
Aparentemente cierto número de neutrinos muónicos oscilan hacia neutrinos tauónicos de menor energía, que no son registrados por el detector. La gama de energías sobre las que se da el fenómeno puede revelar información acerca de las diferencias de masas entre los distintos tipos de neutrinos. Los experimentos comenzaron en 2006 y después de registrar numerosos eventos se ha obtenido como resultado que esta diferencia de masa es de 2.35 x 10^-3eV², que representa el cuadrado de la diferencia de autoestados de masa entre los dos tipos de neutrinos (Δm²). Hasta ahí todo bien.
Sin embargo, cuando los investigadores se fijaron en los antineutrinos apareció la sorpresa. El detector funciona exactamente de la misma manera con antineutrinos, excepto que los muones (antimuones) producidos por estos tienen una carga contraria a los producidos por los neutrinos. La teoría dice que los antineutrinos deben oscilar de la misma manera que los neutrinos entre los diferentes sabores de antineutrinos.
Pero en este caso se ha registrado una diferencia masa de 3.35 x 10^-3eV², que es aproximadamente un 40% más que en el caso anterior. Ambos resultados son contradictorios con la teoría establecida con un nivel de confianza del 90-95%, que corresponde a una significación estadística de 2 sigma.
Jenny Thomas, de University College London y portavoz del equipo MINOS, dice que el resultado es completamente inesperado, pero advierte que hay que esperar hasta tener una significancia estadística de 3 ó 4 sigma antes de empezar a tomar en serio el hallazgo, pues estos resultados preliminares podrían deberse a una fluctuación estadística. Quizás, puede que los antineutrinos interacciones de manera diferente con los más de 700 km de roca que atraviesan.
Si al final todo esto se confirma, el hallazgo tendría un enorme impacto tanto en el Modelo Estándar de partículas como en la teoría de campos cuánticas relativistas relativistas locales. Algunos físicos han calificado esta posibilidad de que haya algo que no se entiende como de “fantástica” en el sentido positivo, puede que sea la puerta hacia una nueva física por conocer. Quizás podría ayudarnos también a encontrar la explicación definitiva para la asimetría manifiesta de materia sobre antimateria que se observa en el Universo.
El equipo de MINOS continuará midiendo la diferencia de masa en antineutrinos. Esperan tener una significación estadística de 3 sigma para febrero de 2012.

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Fuentes y referencias:
Noticia en Physics Wolrd.