Los neutrinos solares son más «luminosos» de noche

Dibujo20140411 super-kamiokande - nasa

El detector de neutrinos Super-Kamiokande (Japón) ha observado el efecto de la Tierra sobre los neutrinos solares. Se observan más neutrinos electrónicos solares de noche, tras atravesar la Tierra, que de día. Los neutrinos oscilan (cambian de tipo) en su viaje por el vacío desde el Sol hasta la Tierra. Sin embargo, dentro de la materia (mientras atraviesan la Tierra), la teoría predice un cambio en la oscilación y un mayor número de neutrinos electrónicos recibidos en Super-Kamikande durante la noche que durante el día. Los resultados observados confirman este fenómeno a 2,7 sigmas. Todavía no es un descubrimiento, pero es la primera prueba directa de que la materia afecta a la oscilación de los neutrinos. El artículo técnico es The Super-Kamiokande Collaboration, «First Indication of Terrestrial Matter Effects on Solar Neutrino Oscillation,» Phys. Rev. Lett. 112: 091805, 07 Mar 2014. He tomado el título de la entrada de «Neutrinos Are Brighter at Night,» Physics 7: 24, 07 Mar 2014.

Dibujo20140411 solar neutrinos

Los neutrinos oscilan entre tres «sabores» diferentes: electrónico, muónico y tauónico. Las reacciones nucleares en el Sol sólo producen neutrinos electrónicos, pero en su viaje por el vacío hasta la Tierra estos neutrinos cambian de «sabor». La oscilación de los neutrinos en un medio material es diferente que en el vacío porque el medio material modifica la relación de dispersión de las partículas. El fenómeno, llamado efecto de Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein (MSW), es similar a la refracción de los fotones en un medio material (donde el fotón se comporta como si tuviera una masa efectiva y no viaja a la velocidad de la luz en el vacío, sino a una velocidad más baja). Estas relaciones de dispersión también se dan en la relación entre energía y momento de una partícula (como un neutrino) que atraviesa un medio material. Los neutrinos electrónicos interaccionan con los electrones mediante bosones W y producen un pequeño flujo adicional que compensa el flujo «perdido» por la oscilación, de ahí que se observen más neutrinos de noche que de día.

Dibujo20140411 total day-night neutrino asymmetry - super-kamiokande

El efecto MSW influye mucho en la relación entre el flujo de neutrinos producido en el centro del Sol y los que abandonan su superficie en dirección hacia la Tierra. Sin embargo, medir dicho efecto usando el Sol es imposible. La solución de los físicos de Super-Kamiokande ha sido medirlo usando la propia Tierra. Para los neutrinos solares típicos (de baja energía alrededor de 1 MeV) el efecto MSW debido a la Tierra es muy pequeño, casi imposible de medir. Sin embargo, según la teoría, se puede medir para los neutrinos de alta energía (entre 5 y 20 MeV). Aunque el efecto es muy pequeño.

Dibujo20140411 day-night neutrino asymmetry - super-kamiokande phases

Tras 18 años detectando neutrinos solares, Super-Kamiokande (de SK-I hasta SK-IV) ha logrado verificar que los neutrinos detectados de noche son un 3,2% más numerosos que los detectados durante el día. Este resultado coincide con las predicciones teóricas para el efecto MSW (aplicado a la distribución radial de la densidad de la Tierra). El efecto ha sido medido a 2,7 sigmas, en concreto se ha medido 3,2 ± 1,1(stat) ± 0,5(syst))%, luego todavía no se puede hablar de un descubrimiento. Sin embargo, observar casi a 3 sigmas un efecto tan sutil es un gran resultado científico.



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 11 marzo, 2014
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