Inesperada diferencia entre Neutrinos y Antineutrinos

Un equipo internacional de científicos del experimento MINOS en el laboratorio del Acelerador Nacional Fermi (Fermilab) ha anunciado la medición más precisa del mundo hasta la fecha de los parámetros que rigen las oscilaciones antineutrino (de atrás y hacia adelante), es decir las transformaciones de antineutrinos de un tipo a otro. Este resultado proporciona información crucial sobre la diferencia de masa entre diferentes tipos de antineutrinos. La medición mostró una diferencia inesperada en los valores para neutrinos y antineutrinos. En este parámetro de diferencia de masa, el valor de los neutrinos es aproximadamente un 40 por ciento menor que el de los antineutrinos.

Sin embargo, todavía hay un cinco por ciento de probabilidades de que el valor de ese parámetro sea en realidad el mismo para neutrinos y antineutrinos. Con tal grado de incertidumbre, los físicos del MINOS necesitan reunir más datos y llevar a cabo más análisis. Sólo así podrán conocer con certeza si la diferencia es real.

Los neutrinos y los antineutrinos se comportan de forma diferente en muchos aspectos, pero los resultados del MINOS son las primeras observaciones de una potencial diferencia fundamental que la física teórica actual no podría explicar. Dichos resultados fueron presentados en la conferencia de Neutrino 2010 en Atenas, Grecia y en un coloquio en el Fermilab.

Impacto de un neutrino y su posterior emisión de luz de Cerenkov.

"Todo lo que conocemos hasta ahora sobre los neutrinos parece sugerir que nuestros parámetros de diferencia de masa medidos debieran presentar valores muy similares para neutrinos y antineutrinos", reconoce Rob Plunkett del equipo del MINOS. "Si los resultados que hemos obtenido son correctos, esto indicaría una propiedad nueva del sistema neutrino-antineutrino. Las repercusiones de esta diferencia para la física del universo serían profundas".

"Sabemos que una diferencia de este tamaño en el comportamiento de los neutrinos y antineutrinos no podían ser explicadas por la teoría actual", dijo el co-portavoz de MINOS Jenny Thomas, del University College de Londres. "Mientras que los neutrinos y antineutrinos se comportan de una manera diferente en su viaje por la Tierra, el Modelo Estándar predice un efecto infinitamente más pequeño para el experimento en MINOS. De ser así es esencial aclarar si este efecto es debido a una fluctuación estadística o vendría a ser el primer indicio de una nueva física".

Un neutrino es en realidad una superposición de los neutrinos de tipo 1 y 2 con sus números cuánticos en fase, como la ondas de tipo 1 y 2 tienen distintas longitudes tras recorrer una cierta distancia se harán un desfase y el resultado será un neutrino muonico y un neutrino tau, nuevas oscilaciones volverán a convertir el neutrino en un neutrino electrónico. Los neutrinos electrónicos producidos en el centro del Sol oscilan mientras aún están dentro del sol o una vez hayan salido durante su viaje de ocho minutos hacia la tierra la magnitud de la oscilación dependerá de ciertos detalles de masas y grados de mezcla.

El haz de Numi es capaz de producir haces intensos de cualquiera de antineutrinos o neutrinos. Esta capacidad permite a los experimentadores medir los parámetros de masa con una inesperada diferencia. La medida también se basa en las características únicas del detector de MINOS, en particular de su campo magnético, que permite separar las cargas positiva y negativamente en muones resultantes de las interacciones de los neutrinos y antineutrinos, respectivamente. Los científicos de MINOS también actualizaron su medición de los parámetros de oscilación para los neutrinos muón, proporcionando un valor muy preciso.

Los antineutrinos muones se producen en una viga principal del inyector del Fermilab. Las interacciones presentadas por los antineutrinos son extremadamente raras con la materia, permitiendo que la mayoría de ellos logren pasar a través de la Tierra sin inmutarse. Un pequeño número, sin embargo, interactúan en el detector de MINOS, ubicado a 735 kilometros de distancia del Fermilab en Soudan, Minnesota. Durante su viaje, que dura 2,5 milisegundos, las partículas oscilan en un proceso gobernado por una diferencia entre los estados de su masa.

Fuente: Scitech News

Quantum opina:

La detección de neutrinos consiste en el registro de una emisión de luz de Cerenkov, en una masa grande de agua o hielo, rodeada por un arsenal de detectores ligeros y sensibles conocidos como tubos fotomultiplicadores. Las partículas producidas en la interacción del neutrino entrante con un núcleo atómico viajan típicamente más rápidamente que la velocidad de la luz generando una “onda de choque óptica”. En la siguiente imagen podemos observar las 3 maneras de detectar un neutrino:

Detección de un neutrino.

a-) El neutrino (azul) produce un electrón energético en el agua pesada activando el núcleo del protón (púrpura) y del neutrón (verde) que lo compone. El neutrón se combina con otro deuterón provocando un rayo gamma (línea ondulada) que, a su vez, liberará un electrón (rosa) cuya luz de Cherenkov (en amarillo) se detectará.

b-) Un neutrón (verde) absorbe un neutrino (azul) y con ello se convierte en un protón (púrpura) y un electrón (rosa) ambos dotados de suficiente energía como para ser finalmente detectada. Sólo los neutrinos electrónicos pueden ser absorbidos de esta manera

c-) Por último la interacción de cualquier neutrino (azul) con un protón (rosa) es suficiente para ser detectada.

Los muones de los rayos cósmicos (línea roja) se distinguen de los neutrinos por la cantidad de luz de Cerenkov que producen, los cuales pueden ser reducidos a niveles manejables instalando el detector de neutrinos a tan solo 2 km de profundidad.

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