NeoFronteras

¿Amenaza sobre el Modelo Estándar?

Área: Física — lunes, 28 de junio de 2010

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

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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.

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4 Comentarios

  1. lluís:

    ¿Qué hacemos tomás?, ¿Le llamamos también a esto “metafísica”?.
    Saludos cordiales.

  2. lluís:

    El “enorme impacto”,¿sería lo suficientemente enorme como para pensar que pudiera haber señales que viajáran más rápido que la luz?. Segun Feynman si las partículas y las antipartículas (como parece ser el caso del estudio)tuviesen propiedades distintas (como diferente masa, carga eléctrica o spin )por diminuta que fuera esa diferencia podría operar de tal modo que se dieran señales que viajaran a mayor velocidad de c.(con violación de la simetria CPT.)
    Para aclarar un poco lo dicho, Feynman dijo que la antimateria asegura que nada pueda viajar a mayor velocidad que la lumínica, sino existieran los electrones que se mueven hacia atrás en el tiempo (antielectrones)las señales se podrian propagar instantáneamente de un punto en el espacio a otro punto.Considerando ondas de energía negativa que hiciesen un viaje átras en el tiempo estas cancelarian exactamente las señlaes que habrían viajado a velecidades superiores a c; pero si hubiera algunas de las diferencias ,dichas, entre partículas y antipartículas ,la cancelación no sería exacta y las señales podrían superar la velocidad de c.
    Saludos a todos.

  3. NeoFronteras:

    Por desgracia será una fluctuación estadística, pero la tentación de “marcar territorio por si acaso” es muy grande.

  4. tomás:

    Muy estimado lluís: Me dejas casi fuera de combate con la breve pregunta de tu 1. Te ruego me excuses por no haberte contestado antes. Tu ya sabes como pienso porque te lo he explicado. Propongo que seas tú quien le ponga nombre a esa faceta del pensamiento, pero terminar así mi comentario no sería noble.
    Quizá la más importante de las características de la metafísica es ocuparse de temas fundamentales aunque, para ser científica, ha de poder ser investigada por la ciencia. Yo propongo metafísica científica porque con ello queda integrada en esta última. O al contrario, aunque me gusta menos. Lo importante es que pueda ser investigada.
    Y, si queremos, podemos pensar cuales han de ser sus problemas o compararlos con los de la metafísica clásica, olvidándonos de la escolástica y de Platón, por supuesto. Los antecedentes hay que buscarlos en la filosofía materialista griega. Me refiero a los que se ocuparon del atomismo, de cómo es el Universo, para lo que observaron, dedujeron y calcularon -no podían hacer más- y de paso iniciaron la astronomía. Ese tipo de temas; pero no conocían, por su cultura, el método científico ni la tecnología para ayudarles.
    Los otros problemas que se tienen por propios de la metafísica no caben en la que yo concibo. Por ejemplo una de las preguntas que se tienen por básicas: ¿Por qué existe la realidad contra la posibilidad de la nada? me parece de lo más inútil y absurdo. La veo totalmente fuera de lugar, una verdadera estupidez; no existe razón para formularla, empezando porque el concepto de “nada” es discutible y propicio a problemas de significado -lo que supongo llamas palabrería (y yo, con tu permiso)-. Si, para mejorarla, la dejamos en ¿por qué existe la realidad?, no mejora gran cosa; es una pregunta sin respuesta posible.
    Para mí es metafísica la posibilidad del Big Bang, la estructura del espacio, la observación corpúsculo-onda, la realidad o no del tiempo. Por cierto, me has dado otro palo con eso de los “electrones que se mueven hacia atrás en el tiempo”. Que no gano para disgustos, vaya. Afortunadamente, Neo pone las cosas en su sitio en su 3.
    Te propongo que seas buen chico; si es así, dejaré de darte la vara en compensación. Un abrazo.

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