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¿Existe el neutrino estéril?

Área: Física — lunes, 8 de noviembre de 2010

Resultados preliminares abogan por la existencia de al menos un neutrino estéril y de la asimetría entre materia y antimateria.

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Registro de eventos en MiniBooNE en 2002. Fuente: Fermilab.

Nuevos resultados de un experimento sugieren que quizás haya un nuevo sabor de neutrino, lo que iría en contra del Modelo Estándar. Los nuevos resultados van más allá para describir una violación de una simetría fundamental del Universo: la que dice que las partículas de antimateria se comportan igual que las de materia.
Los neutrinos son partículas neutras que prácticamente no interacciona con la materia ordinaria. Millones de ellos nos atraviesan en cada momento sin enterarnos e incluso podrían atravesar años de plomo con la misma facilidad. Esto se debe a que interaccionan a través de la fuerza nuclear débil. Pero aunque muy pocas veces lo hacen algunas otras lo consiguen. Gracia a esto se pueden diseñar experimentos en los que están involucradas grandes cantidades de materia en alguna mina profunda. Así que los físicos sólo tienen que esperar el tiempo suficiente para tener un evento, que gracias a la situación profunda no esté enmascarado por los rayos cósmicos.
Pero los neutrinos vienen en varios sabores que se denominan 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 (¿cuarks?), todo según el Modelo Estándar de partículas.
Pero los neutrinos oscilan de un tipo a otro según viajan. De este modo un neutrino electrónico se puede transformar en uno tipo tau y así sucesivamente.
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 física nuclear de fusión quedaba a salvo, pero aparecía un nuevo problema.
Las oscilaciones también explicaban la aparente menor cantidad de neutrinos muónicos producidos por los rayos cósmicos en la alta atmósfera terrestre.
Ahora, en el experimento MiniBooNE (Mini Booster Neutrino) han detectado más oscilaciones de las que habría si sólo hubiese tres sabores de neutrinos.
En MinoBooNE colaboran cerca de 60 investigadores de diversas instituciones. El proyecto está dirigido desde el Fermilab. Trata sobre la interpretación de los resultados del experimento LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector) de Los Alamos National Laboratory que comenzó en 1990.
Este nuevo resultado implica que hay otras partículas o fuerzas que hasta ahora no hemos detectado. De las dos posibilidades, la explicación más sencilla es que haya una nueva partícula muy similar a los neutrinos: un neutrino estéril. Se le llama así porque no interaccionaría a través de la fuerza débil y sería por tanto indetectable con los detectores de neutrinos que tenemos.
Los teóricos proponen que quizás haya un sistema de 3+2 (tres neutrinos “normales” y dos estériles) en lugar de un 3+1, que es el que parece haberse inferido.
Recordemos que si los neutrinos son difíciles de detectar se debe precisamente a que interaccionan sólo a través de la fuerza nuclear débil, así que la ausencia de este tipo de interacción en los neutrinos estériles haría que éstos fueran aún más difíciles de ser detectados pues, en ausencia de alguna fuerza desconocida, sólo interaccionarían a través de la gravedad.
Una ventaja de estos neutrinos estériles es que ayudarían a entender la composición del Universo, ya que podrían dar cuenta de parte o toda la materia oscura del mismo.
Los resultados iniciales de MiniBooNE de hace unos años, basados en un haz de neutrinos en lugar de antineutrinos, no apoyaban estos resultados. Ahora en LSND se han usado antineutrinos en su lugar y los datos obtenidos están basados en tres años de eventos. Los haces de estas partículas están producidos artificialmente por el acelerador de protones del Fermilab.
Los investigadores implicados han tenido que cambiar de posición a la luz de los nuevos resultados, pues en el primer caso descartaron este tipo de partículas.
El que los resultados difieran de si se trata de partículas o sus antipartículas ha sorprendido a los investigadores haciendo que el nuevo resultado sea aún más extraño. Esto significaría que habría que hacer una modificación más profunda del Modelo Estándar, pues parece violarse la simetría CP (carga y paridad) del Universo.
La simetría CP sostiene que las leyes de la Física se aplican de la misma manera en partículas y en antipartículas. Aunque se han observado violaciones de la simetría CP en sucesos raros de decaimiento de partículas no leptónicas, no se había observado hasta ahora con neutrinos. Si la masa de los antineutrinos difiere de la de los neutrinos quizás incluso sería posible una violación de la simetría CPT.
Quizás este tipo violaciones serían precisamente la clave por la cual el Universo está compuesto por materia y no por la radiación producto de la aniquilación total de materia y antimateria. El Big Bang habría producido un exceso de partículas sobre antipartículas debido a una asimetría de este tipo y, gracias a ello, el Cosmos es el lugar que conocemos.
A pesar de que la estadística es buena, los investigadores advierten que se necesitan más resultados sobre periodos de tiempo más largos o experimentos adicionales antes de rechazar el Modelo Estándar por esta causa. El experimento MINOS encontró resultados similares hace poco tiempo, noticia que también cubrimos en NeoFronteras. Los resultados de otros experimentos apuntan también en esta misma dirección.
Habrá que ver lo que sucede en los próximos años (o meses).

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3293

Fuentes y referencias:
Nota de prensa
Artículo original.
¿Amenaza sobre el Modelo Estándar?

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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3 Comentarios

  1. Cosmo:

    Buen artículo, solo una puntualización: el primer halla es con “y”.
    Saludos

  2. lluís:

    El problema en la Física es básicamente un problema de medidas, de mediciones, por eso no se entienden muy bien las partículas,entre otras cosas.De todos modos no es este el primer estudio que le encuentra pegas al “Modelo Estántar” y desde luego no hace falta decir que todo el mundo sabe que no está completo.Y no parece funcionar demasiado bien a altas energías.
    Saludos a todos.

  3. tomás:

    Neo:
    Me había dado cuenta del haya, pero preferí esperar para no ser tan incordiante. Aunque, como veo que no se dice, repasa la última frase del primer párrafo: “que las partículas de materia se comportan igual que las de materia”. ¡Sería asombroso!.
    Un saludo.

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