EXO-200 busca desviaciones de la relatividad en la desintegración nuclear beta doble

Dibujo20160128 Exo-200 data for zero perturbation due to Lorentz-violation and best overall fit of spectra exo-200

Nada prohíbe que la Naturaleza viole la simetría Lorentz o el teorema CPT. Por si acaso hay que explorar dichas violaciones. La primera búsqueda usando el experimento EXO-200 ha sido infructuosa. En la desintegración doble beta del xenón-136 no se observa ninguna violación de la simetría Lorentz o de la simetría CPT. Como era de esperar, lo que no quita que la búsqueda fuera necesaria.

Toda búsqueda requiere una teoría hipotética para la anomalía. EXO-200 inaugura la búsqueda usando el modelo estándar extendido (SME) desarrollado en 1989 por V. Alan Kostelecký y Stuart Samuel. En concreto, se ha obtenido un límite experimental para uno de los parámetros del modelo SME asociado a los neutrinos, −2,65 × 10−5 GeV < a(3) < 7,60 × 10−6 GeV al 90% CL. Futuras búsquedas permitirán acotar mejor este parámetro, así como otros parámetros de la teoría.

El artículo es J.B. Albert et al. (EXO-200 Collaboration), “First Search for Lorentz and CPT Violation in Double Beta Decay with EXO-200,” arXiv:1601.07266 [nucl-ex]. Uno de los autores de este artículo es el físico teóricos Jorge S. Díaz, ‏@jsdiaz_, cuyo blog Conexión causal es muy recomendable. Por cierto, los límites actuales de los parámetros del SME aparecen en Alan Kostelecky, Neil Russell, “Data Tables for Lorentz and CPT Violation,” Rev. Mod. Phys. 83: 11 (2011), doi: 10.1103/RevModPhys.83.11, arXiv:0801.0287 [hep-ph] (v8).

Dibujo20160128 sme neutrino physics isotropic model maximal sensitivities rev mod phys

El modelo estándar extendido (SME) es una teoría efectiva que añade al modelo estándar (SM) de la física de partículas todos los operadores de interacción posibles que rompen la simetría Lorentz. Como resultado se trata de una teoría que viola el teorema CPT. Recuerda que la interacción débil en el modelo estándar es la única que viola la simetría CP (o T). Nada prohíbe que haya pequeñas violaciones de la simetría CPT, por ejemplo, en la física de los neutrinos. Jorge S. Díaz lleva estudiando estas violaciones desde hace varios años y colaborado en EXO-200 para buscarlas en la desintegración doble beta.

Por supuesto, el número de parámetros del SME que no aparecen en el SM es enorme. Acotar todos y cada uno estos coeficientes requiere un intenso trabajo experimental. Solo en el sector de neutrinos hay decenas de nuevos parámetros. Muchos de ellos se han acotado usando el fenómeno de la oscilación de los neutrinos. El nuevo trabajo de EXO-200 se centra en un parámetro que no se puede estimar por dicho método llamado a(3) (la notación correcta es la de la tabla de arriba); este parámetro es un tetravector (tiene cuatro componentes), aunque EXO-200 ha acotado la componente temporal, y corresponde a un término renormalizable de dimensión tres en masa que rompe la simetría CPT. No creo necesario entrar en detalles técnicos (el lagrangiano se puede consultar en el artículo de Kostelecky y Russell). Lo importante es que este parámetro influye en el espectro de la desintegración beta doble (2νββ), que estudia EXO-200 usando xenón-136.

Dibujo20160128 electron sum spectra with and without lorentz violation exo-200 arxiv

EXO-200 pretende observar la desintegración beta doble sin neutrinos (0νββ), que implicaría que los neutrinos son partículas de Majorana. Mientras tanto estudia la desintegración beta doble con neutrinos (2νββ). Los datos obtenidos entre septiembre de 2011 y septiembre de 2013 han permitido acotar la violación de la simetría Lorentz en esta desintegración (LVββ) y, en concreto, la componente temporal del parámetro a(3) del SME. La nueva cota obtenida no es tan buena como la obtenida de forma indirecta, |a(3)| < 2 × 10−8 GeV, pero tiene la ventaja de ser la primera medida directa, luego evalúa de forma fiable los errores experimentales y sistemáticos en los detectores. Futuros estudios con EXO-200 y otros detectores de neutrinos que buscan observar la desintegración 0νββ (como el español NEXT en la Laboratorio Subterráneo de Canfranc) mejorarán esta cota en los próximos años.

En resumen, decía Popper que toda ciencia trata de falsar de forma continua sus hipótesis. La búsqueda de violaciones de todas las leyes físicas debe ser parte de la labor de todos los físicos. Incluso si las búsquedas acaban siendo infructuosas, hay realizarlas.

5 Comentarios

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miquelmiquel

Me ha encantado la entrada y los dos comentarios siguientes. Firmado: un físico estudiando filosofía de la ciencia…

SuzudoSuzudo

Solo hay una de las intervenciones de Francis que no me gustaban del todo porque parecía convertir la objetividad en subjetividad arbitraria. Pero bueno

Pienso que el no poner bajo falsación una hipótesis no la hace anticientífica sino que la mantiene en el rango de hipótesis no que no sea ciencia. Así la teoría de la evolución de darwin sería ciencia pero cuando se publicó era hipótesis no teoría. O las llamadas teorías de cuerdas son hipotesis realmente y ese es su rango. Cuando se pone algo bajo falsación y resulta no ser falso entonces sí es teoría científica pero eso no implica que sea verdadero. Al no ser falso, es cierto pero la certeza es siempre parcial jamás absoluta, jamás la verdad y siempre ha de ser cuestionado y ampliable (el ejemplo es que si algo se ha puesto a prueba y resulta que no era falso bajo falsación pero despertamos y todo era un sueño era cierto para el sueño y este una fracción de la realidad, no es falso pero su ámbito era ese sueño)

Si se prueba falso pues eso. Siempre se podrá enunciarse de otra forma.
Ahora bien. Todo lo que existe interacciona con el universo o tiene efectos y por sus efectos proponemos que exista o enunciamos que pueda ser. Si algo resulta no solo que no pueda ponerse bajo falsación ahora sino que nunca lo podrá ser porque se ha enunciado de tal forma que no depende de efectos de nada sino que es algo creado exclusivamente por la fantasía, ha partido de esta y está solo en esta y no se lo mete dentro del universo teniendo alguna implicación en este para poderlo comprobar, entonces eso así enuncaado no existe y es pseudociencia el manetenerlo bloqueado en tal posición. Así el psicoanálisis o los campos mórficos de sheldrake sí sería pseudociencia dado que es una construcción fantasiosa autojustificable cuya certeza es independiente de los hechos reales

Por tanto se puede negar mientras mantenga el mismo blindaje adrede y aposta a cualquier posibilidad de falsabildiad por separar el objeto afirmado del universo real.

¿qué podrá ser ciencia en el futuro? no. No lo será al cual porque cuando lo pueda ser ya habrá sido reenunciado de otra forma. Y no será la misma cosa sino otra diferente precisamente en esos puntos. Ya será enunciado como algo dentro el universo teniendo efectos sobre los que ir a verificar

porque todo lo que existe tiene algún tipo de efecto sobre el universo aunque sea hacer sombra y sabemos de su existencia por sus efectos así comparamos el cambio de propiedades antes o después de la acción de algo, como comprobar el cambio de humor y comportamiento de una persona, de velocidad de algo, lo que sea

Si no hay efectos de ninguna clase entonces es fruto únicamente de la fantasía y en ese caso no existe

Claro que algo falsable puede existir o no existir. Y algo que parece infalsable puede resultar existir y no lo era por falta de medios pero cuando se tengan verificarlo. O por no querer buscar como falsarlo. Y algo producto exclusivo de la fantasía y no existente puede ser falsable, claro

pero si su naturaleza es tal que no es que sea solo infalsable sino que lo será siempre por más que se intente buscar alguna forma de falsarlo porque no es algo que forme parte del universo y está enunciado aparte, entonces el enunciado ha partido seguro de la fantasía en exclusiva y con total seguridad sin relación con el universo. Por tanto en ese caso no existe y eso es la pseudociencia cuando se intenta hacer pasar por ciencia lo que sería solo religión o creencia sin pasar de ahí.

Por otra parte se puede cambiar el enunciado para que sea falsable. Sí. Pero ya será otra cosa y se le cambiarán propiedades a lo que se enuncia

Lo demás es hacer categorías dentro de la ciencia entre rangos de cosas siendo igualmente ciencia tener rangos diferenciados según el nivel de pruebas y contraste con la realidad

SuzudoSuzudo

lo de darwinista no tiene sentido porque sugiere que es imposición
Se trata más bien del rango que tiene lo propuesto (hipótesis o teoría, en ese caso son hipótesis) según el nivel probatorio no darwinista según el nivel de aceptación por gusto como podría ser entonces ciencia cualquier religión si fuera aceptada o cualquier parida contraria a evidencia y contradictoria con la realidad solo porque fuera aceptada por gusto de la gente

Vamos, pienso. A mi otro mensaje anterior me remito

Jorge S Diaz

Muchas gracias Francisco por tu reporte sobre mi trabajo con EXO-200, ha sido una gran experiencia en esta colaboración experimento-teoría ya que l@s experimentales trabajan de una manera muy diferente, fue una experiancia tremenda.

Aunque más avanzado el artículo se aclara, quería mencionar que tu frase “EXO-200 inaugura la búsqueda usando el modelo estándar extendido (SME)” puede interpretarse como que este sería el primer estudio experimental del SME, sin embargo este es sólo uno más de decenas de estudios experimentales en el contexto del SME realizados desde fines de los 90. Lo novedoso de este estudio es que por primera vez estudiamos experimentalmente un operador que sólo produciría señales observables en desintegraciones radiactivas, por lo que podría esconder señales invisibles para los sensitivos experimentos de oscilaciones de neutrinos o mediciones de la velocidad de los neutrinos.
Muchas gracias nuevamente por dedicarle un espacio a mi (nuestro) trabajo en tu sitio y por la completa descripción de nuestro estudio. Un saludo.

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