El experimento MiniBooNE con antineutrinos confirma los datos de LSND y apunta a la existencia de un neutrino estéril

Por Francisco R. Villatoro, el 2 noviembre, 2010. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 4

Leer las traducciones de Kanijo es siempre un placer; hoy recomiendo la lectura de «Experimento físico sugiere la existencia de una nueva partícula,» Ciencia Kanija, 2 nov. 2010. Un cuarto «sabor» de neutrino podría haber sido descubierto en el Mini Booster Neutrino Experiment, conocido como MiniBooNE, en el Fermilab, que ha estudiado el cambio de «sabor» (llamado oscilación) de neutrinos muónicos en neutrinos electrónicos. El artículo se ha publicado en Physical Review Letters y «la explicación más simple» a los resultados observados es «una nueva partícula similar al neutrino, un neutrino estéril, que no sufre la interacción débil.» La evidencia sobre los neutrinos estériles no es nueva, ya que el experimento Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) en el Laboratorio Nacional de Los Alamos ya la obtuvo en los 1990. Los resultados iniciales de MiniBooNE, publicados hace varios años, no apoyaban los resultados del LSND, pero utilizaban un haz de neutrinos en lugar de un haz de antineutrinos, como utilizó el experimento LSND. Los nuevos resultados de MiniBooNE utilizan un haz de antineutrinos y apoyan los hallazgos del LSND. Que haces de neutrinos y de antineutrinos se comporten de forma diferente sugiere nuevas fuentes de violación de la simetría CP (de carga-paridad) en el universo. Un gran trabajo experimental que dará mucho que hablar en los próximos años. El artículo técnico, para los interesados en los detalles, es The MiniBooNE Collaboration, «Event Excess in the MiniBooNE Search for ν̅ μν̅ e Oscillations,» Phys. Rev. Lett. 105: 181801, 26 October 2010 [gratis en ArXiv desde el 7 Jul. 2010]).

El experimento MiniBooNE ha estudiado la oscilación de antineutrinos muónicos en antineutrinos electrónicos en un flujo de antineutrinos muónicos emitidos por la colisión de protones contra átomos de berilio. Ha estudiado 566 millones de billones de colisiones p-Be. Ha observado un exceso de (solo) 20’9 ± 14’0 eventos en el rango de energías de 475 < E < 1250 MeV. El experimento LSND observó un exceso de antineutrinos electrónicos con una evidencia de 3’8 sigma (se requieren 5 sigma para proclamar un descubrimiento). Análisis previos de MiniBooNE habían encontrado un exceso a 3’0 sigma de neutrinos electrónicos con energía menor de 475 MeV que no tenía explicación. La hipótesis más razonable era una simple fluctuación estadística.

Si se confirman estos resultados de MiniBooNE (junto a los resultados de LSND, KARMEN2 y MINOS) todo apunta a física más allá del modelo estándar. Si la física de los antineutrinos es diferente a la de los neutrinos, las consecuencias pueden ser de gran calado. Por ejemplo, si la masa de neutrinos y antineutrinos es diferente sería evidencia de una violación de la simetría CPT. La existencia de un neutrino estéril explica gran parte del resultado observado pero no lo explica completamente. Algunos teóricos consideran necesario un modelo 3+2 (con dos neutrinos estériles) en lugar de un modelo 3+1. Habrá que estar al tanto sobre cómo evoluciona este asunto en los próximos meses.



4 Comentarios

  1. Hola Francis,
    me ha gustado tu artículo ya que es el que más se acerca a lo que de verdad dice el paper recién aparecido en PRL.
    La noticia ha inundado la web (no se por qué si como muy bien dices este artículo ha estado disponible hace cuatro meses) y en todos sólo se habla de que «MiniBooNE descubrió un nuevo neutrino» y proclamaciones de ese tipo que no se justifican. Incluso el término «neutrino estéril» sólo aparece mencionado dos veces en el artículo y ni siquiera como parte del análisis sino más bien como comentario introductorio a resultados previos. En cualquier caso toda la gente de MiniBooNE con la que he hablado prefieren decir que «los resultados parecen consistentes con LSND» más que «LSND ha sido confirmado». La estadística no permite hacer dicha aclamación todavía.

    Por otro lado una de las cosas que más me ha llamado la atención es leer en todos lados hoy acerca de posibles fallas del modelo estándar debido a este resultado, sin embargo sabemos que los neutrinos oscilan en varios regímenes (atmosféricos, solares, de reactores y aceleradores) fenómeno cuya explicación más conservadora se debe a neutrinos masivos. Eso ya es física más allá del modelo estándar ya que el modelo estándar, sin importar si MiniBooNE y/o LSND son ruido estadístico.

    Por último, no quiero ser insistente pero vuelvo a un comentario que hice en un post anterior acerca de CPT. En teoría de campos, partículas y antipartículas DEBEN tener la misma masa, sin importar si la simetría CPT es violada o no. Por esto buscar diferencias entre masas de partículas y sus correspondientes antipartículas no proporciona información acerca de CPT en absoluto.

    Saludos

    1. Hola,

      Cuando Jorge dice que en teoría de campos, partículas y antipartículas deben tener la misma masa, supongo que se está refiriendo a teoría de campos relativista. En dicho esquema, CPT es un teorema. Y puesto que CPT intercambia partícula con antipartícula, la invariancia bajo CPT implica que las masas de partícula y antipartícula deben ser iguales. Sin embargo, es posible ir más allá de las condiciones consideradas en el teorema, como por ejemplo, considerar violaciones de la invariancia relativista. En una situación así, CPT puede no ser una simetría, y las masas de partícula y antipartícula NO serán necesariamente iguales. En particular, en las páginas del Particle Data Group se considera la diferencia de masas partícula-antipartícula como test de invariancia CPT (ver http://pdg.lbl.gov/2010/tables/rpp2010-conservation-laws.pdf).

      Saludos

  2. Por cierto, a ver si alguien que se pasee por aqui a la busca de neutrinos me puede aclarar esto: ¿Seria posible acoplar el U(1) de electromagnetismo a un supermultiplete minimo, esto es el tipico quiral con dos escalares y un fermion de dos componentes? Si lo fuera, las propiedades serian un tanto exoticas, porque ni para los escalares ni para los fermiones se ve claro que se pueda emitir un foton. ¿Se podria decir que el fermion de este multiplete es, de alguna manera, neutro? Porque en tal caso seria un buen candidato para LSND/MiniBoone.

    (qh, tengo puesto el comentarios por correo, asi que no importa si la respuesta llega dos o tres años despues del comment)

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