La colaboración T2K (Tokai to Kamioka, Japón) ha publicado el primer límite de exclusión para el parámetro de violación de la simetría CP en la oscilación de los neutrinos. Dicho límite cubre casi el 50% de todo el intervalo permitido. El límite depende de la jerarquía de masas para los neutrinos. Al 90% CL el parámetro δ_CP/π ∈ [-1,18, 0,15] para la jerarquía normal de masas y δ_CP/π ∈ [-0,91, 0,08] para la jerarquía invertida. Este resultado, todavía preliminar, se publicó en los Rencontres de Moriond (EW), 17 Mar 2014, y hoy vuelve a ser noticia en el 2014 Phenomenology Symposium. Poco a poco el cerco a este parámetro tan importante en la física de los neutrinos se estrecha.

Más información en Patrick de Perio, «Neutrino Oscillation Results,» Rencontres de Moriond (EW), 17 Mar 2014 [PDF slides], y Chang Kee Jung, «Neutrino Oscillations: Present and Future,» 2014 Phenomenology Symposium, 07 May 2014 [where slides will appear].

La colaboración T2K estudia la oscilación de neutrinos muónicos en electrónicos en modo aparición. Los neutrinos muónicos son generados en el colisionador J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) colisionando protones a 50 GeV contra un blanco de grafito en dirección hacia el detector Super-Kamiokande de neutrinos que está situado a 295 km de distancia. En su trayecto los neutrinos muónicos pueden oscilar a neutrinos electrónicos, lo que permite medir dos parámetros de la matriz de PMNS (Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata), el ángulo θ₁₃ y la fase δ_CP.

El ángulo θ₁₃ fue medido con más de 5 sigmas por Daya Bay; resultado confirmado más tarde por Double Chooz y Reno, que se adelantaron a T2K. Sin embargo, la fase δ_CP de violación de la simetría CP es un parámetro de gran importancia que aún espera a ser determinado. Nada prohíbe que sea cero (o muy pequeño), sin embargo, como falta violación de la simetría CP en el modelo estándar para explicar la asimetría materia-antimateria, muchos expertos creen que su valor debe ser no nulo. En dicho caso, sería una indicación de violación de esta simetría en los leptones, con lo que la leptogénesis o la neutrinogénesis podrían contribuir a la bariogénesis para explicar la asimetría primordial entre materia y antimateria.

Por ello, el nuevo resultado de T2K, que excluye casi el 50% del intervalo de parámetros al 90% CL es muy interesante. El análisis bayesiano realizado ofrece un intervalo de credibilidad para la fase CP situado alrededor del valor δ_CP = −π/2 (en la figura, la región centrada en −0,5). Por supuesto, todavía se trata de un resultado preliminar. A finales de este año se publicarán nuevos datos. Habrá que estar atentos, además de los resultados de T2K, de los del experimento NOνA.

Quisiera acabar destacando que en T2K colaboran físicos españoles del IFIC, Valencia, y de la Univ. Autónoma de Barcelona.

Por cierto, esta figura muestra el primer neutrino observado por el experimento NoνA en el Fermilab el 12 de noviembre de 2013. Este neutrino fue enviado desde el Fermilab en Illinois al detector que se encuentra en Minnesota. La energía que transfirió este neutrino a un núcleo de un átomo en el detector produjo dos fotones (trazas en amarillo y en morado) y un protón (traza en azul celeste). Nos lo cuenta Kathryn Jepsen, «NOvA’s first neutrino,» Symmetry Magazine, 06 May 2014.

Estos neutrinos recorren una distancia de 810 km (500 millas) entre el Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, cerca de Chicago), y el detector en Ash River, Minnesota, cerca de la frontera con Canadá. Cada dos segundos se envían miles de millones de neutrinos que atraviesan dos detectores, uno cercano de 300 toneladas y otro lejano de 14.000 toneladas. El experimento Noνa funcionará durante seis años, lo que permitirá observar unos 5.000 neutrinos (o antineutrinos).

Además de estudiar el fenómeno de la oscilación de los neutrinos, también se realizará una búsqueda de neutrinos estériles (un cuarto tipo de neutrino propuesto por algunas físicos teóricos y sugerido por algunas observaciones cosmológicas).