Primeros indicios a 2 sigmas de la violación CP en la física de los neutrinos

Dibujo20170804 electron-neutrino candidate in Super-Kamiokande www icrr u-tokyo ac jp 170804

La oscilación de los neutrinos y de los antineutrinos será diferente si su física viola la simetría CP (posible origen de la asimetría primordial entre materia y antimateria). Tras analizar el doble de sucesos en 2017 que en 2016, la Colaboración T2K estima una significación estadística del 95% (dos sigmas) a que el ángulo de fase de violación CP es diferente de cero. Puede parecer poca significación, pero la física de los neutrinos es muy difícil; habrá que esperar a T2K-II para alcanzar los tres sigmas.

En concreto, el intervalo a 2 σ para el parámetro δCP es de [–200 , +12] grados para una jerarquía de masas normal, y [–156 , –22] grados para una jerarquía de masas invertida; el valor preferido por el análisis estadístico bayesiano realizado es δCP ≈ –150 grados para jerarquía normal y –79 grados para invertida. No hay que hacer mucho caso a estos números, pues su significación estadística es pobre. Todavía es pronto para lanzar las campanas al vuelo.

Por ahora solo tenemos una nota de prensa “T2K presents hint of CP violation by neutrinos,” ICRR, 04 Ago 2017, y las transparencias de una charla técnica, Mark Hartz (T2K Collaboration), “T2K neutrino oscillation results with data up to 2017 summer,” KEK Colloquium, 04 Aug 2017 [contrib, username: kds, password: fennel].

Dibujo20170804 t2k experimental setup www icrr u-tokyo ac jp 170804

Le recuerdo a los despistados que T2K es un experimento de oscilación de neutrinos electrónicos en modo aparición entre las ciudades japonesas de Tokai y Kamioka. En Tokai se encuentran tres aceleradores de protones en el complejo J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) y un pequeño detector de neutrinos; se usa el acelerador principal MR (Main Ring) que acelera protones a 30 GeV que inciden sobre un blanco de grafito para producir un haz de neutrinos (o antineutrinos, dependiendo de ciertos filtros) muónicos que está dirigido hacia Kamioka, que se encuentra a 295 km de distancia.

En Kamioka se encuentra el detector de neutrinos Super-Kamiokande (Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment, o Super-K), que además estudia la desintegración del protón. Super-K (o SK-IV, porque ahora está en su cuarta fase) es un tanque de agua cilíndrico de 41,4 metros de alto y 39,3 metros de diámetro con 50 000 toneladas de agua ultrapura. Super-K puede detectar tanto neutrinos electrónicos como neutrinos muónicos. La oscilación del haz de neutrinos muónicos produce neutrinos electrónicos que se detectan en modo aparición en Super-K.

Dibujo20170804 neutrino cp phase t2k preliminary Mark Hartz KEK Colloquium 2017

La Colaboración T2K ha observado más neutrinos electrónicos que antineutrinos electrónicos lo que implica que la simetría CP no se conserva en la física de los neutrinos. En concreto, T2K ha observdo 89 neutrinos electrónicos, cuando se esperaban 67 neutrinos electrónicos si no hubiera violación CP. Además, se han observado 7 antineutrinos electrónicos, cuando se esperaban 9 antineutrinos electrónicos sin violación CP. Como resultado se excluye que la simetría CP se conserve con una significación del 95%, o a un nivel de dos sigmas. El ángulo de fase δCP está en el intervalo [–2,91 , –0,60] radianes para una jerarquía de masas normal, y [–1,54 , –1,19] radianes para una jerarquía de masas invertida; el valor preferido por el análisis estadístico bayesiano realizado es δCP ≈ –1,83 (–1,37) radianes en jerarquía normal (invertida).

En resumen, lo importante del nuevo resultado es que la colaboración T2K va viento en popa. Sus más de 500 científicos de 63 instituciones de 11 países (incluida España) deben estar de enhorabuena, pero les queda mucho trabajo por delante durante los próximos lustros. Sabemos muy poco de los neutrinos, pero poco a poco vamos desvelando todos los secretos que aún ocultan.


11 Comentarios

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Francisco R. Villatoro

Alejandro, por supuesto, la interacción débil viola las simetrías C, P y T, luego también CP, CT y PT, pero cumple CPT (como debe ser); la violación de P recibió el premio Nobel en 1957 y la de CP el premio Nobel en 1980. Se observa la violación CP en los hadrones, en concreto en la física de los kaones neutros (mesones K), en los mesones D y en los mesones B. Sin embargo, no es suficiente para explicar la asimetría materia-antimateria primordial. Faltan como 2/3, luego debe haber otras fuentes de asimetría CP y los leptones neutros (neutrinos) son los candidatos más firmes.

Si el neutrino es una partícula de Dirac tendrá un ángulo de fase para violar CP y quizás no sea suficiente violación. Por ello muchos físicos prefieren que el neutrino sea una partícula de Majorana, en cuyo caso tendrá tres ángulos de fase para violen CP. La esperanza es que la física de los neutrinos sea capaz de explicar toda la violación CP necesaria para la asimetría materia-antimateria primordial.

espaidualespaidual

para ser algo más concisos, y sin pretender pecar de sensacionalista. Corregidme si me equivoco:
entre otras cosas, la violación de la simetría CP es la hipótesis más extendida para explicar porque la materia venció a la antimatéria. O en otras palabras, porque el universo está formado de materia en vez de ser solo de luz (o mayoritariamente de luz, si tomamos en cuenta fluctuaciones en la etapa pre-inflacionaria).

Para los de letras: de confirmarse, la violación CP en neutrinos ayuda a entender porque existe ‘algo’ en vez de ‘nada’.

FRANCISCO MICÓFRANCISCO MICÓ

De letras, desde luego, y me pregunto sobre la posible influencia de estas “características” descubiertas del neutrino en la mecánica cuántica (teoría estándar) y el resto de teorías (cuerdas, teoría del todo, M, agujeros negros….etc.) que buscan, además de conocer la estructura total de toda la materia, explicar todas las leyes físicas conocidas hasta ahora

Alvaro VerdionAlvaro Verdion

Cuantos sigmas son necesarios para que se de algo ppr real?
Un 95% de certeza parece mucho. O no?

Francisco R. Villatoro

Alvaro, no hay un número de sigmas para hacer algo real (los resultados de OPERA y BICEP2 fueron a más de 5 sigmas pero eran ficticios). En medicina, hasta el siglo XXI, un 95% era suficiente para influir en un tratamiento, pero ahora con el big data se critica mucho un valor tan bajo. En física de partículas desde los 1990 se usan las cinco sigmas, o un 99,9999%, pero ya está habiendo muchas falsas alarmas.

En física de partículas se habla de descubrimiento cuando al menos dos experimentos/detectores independientes observan el mismo fenómeno físico con al menos 5 sigmas en cada uno. Para el Higgs fueron dos detectores y en cuatro canales (luego cuatro fuentes independientes) las que alcanzaron más de 5 sigmas. Otro ejemplo, el Nobel 2015 para la masa de los neutrinos premió a Super-Kamiokande por su descubrimiento en 1998 y a SNO por su redescubrimiento en 2001, pues sin este último (que usó neutrinos solares en lugar de neutrinos atmosféricos de rayos cósmicos) no se podía hablar de fenómeno real, aunque Super-K hubiera superado las cinco sigmas él solo.

benjaminbenjamin

hola francis

Una pregunta fuera del tema principal de tu articulo

Que le falta a este o a supercondesadores o supercapacitores para reemplazar a las baterias?
Estos seran el futuro cercano del almacenamiento de la energia de las fuentes solares y eolicas?
https://www.nature.com/articles/srep45585

Francisco R. Villatoro

Benjamín, te pongo en contexto. Tienes una tecnología en producción industrial en la que se sigue investigando a buen ritmo en diferentes líneas muy prometedoras (las baterías convencionales); los avances son enormes año a año. Y tienes una tecnología emergente, en fase de investigación, con múltiples propuestas muy diferentes entre sí, todas muy prometedoras, pero aún muy lejos de la fase industrial (los supercondensadores). Tú me preguntas, ¿cuál de las dos vencerá? Nadie lo sabe, pero todo apunta a que las baterías dominarán el mercado durante mucho tiempo; solo si los alguno de los supercondensadores las supera con creces en algún nicho concreto acabará dominando el mercado en dicho nicho.

Por supuesto, no soy experto en el área y quizás algún experto tenga una opinión diferente.

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