Muchos físicos desean que los neutrinos sean partículas de Majorana. En su caso, algún experimento debería observar la desintegración beta doble sin neutrinos (0νββ). La colaboración EXO-200 publica en Nature los resultados de sus dos primeros años. La vida media del proceso 0νββ es mayor de 1,1 × 10²⁵ años (al 90% CL), es decir, la masa de los neutrinos de Majorana es menor de 0,19-0,45 eV (que confirma resultados previos). Todavía, no se ha logrado un límite inferior a la masa de los neutrinos de Majorana, sólo sabemos que [este límite inferior] es menor de 0,69-1,63 eV.

Esta noticia ya te la conté en este blog «Nuevos resultados sobre si los neutrinos son partículas de Majorana,» LCMF 28 Feb 2014, cuando apareció el manuscrito en ArXiv. Se trata de un resultado importante, aunque decepcionante para algunos, porque promete ser mejorado en los próximos años por el propio EXO-200 y por otros experimentos en curso. Nos lo cuenta David Wark, «Particle physics: The hunt for Majorana neutrinos hots up,» Nature, AOP 04 Jun 2014; el artículo técnico es The EXO-200 Collaboration, «Search for Majorana neutrinos with the first two years of EXO-200 data,» Nature, AOP 04 Jun 2014; arXiv:1402.6956 [nucl-ex].

No sabemos si los neutrinos son fermiones de Majorana (idénticos a los antineutrinos y, por tanto, permitiendo la desintegración beta doble sin neutrinos, 0νββ) o de Dirac (como los electrones y los demás leptones cargados). Muchos físicos desean que los neutrinos sean partículas de Majorana, un nuevo tipo de partícula no prohibido por las leyes de la física. Varios experimentos están buscando con ahínco descubrirlo (observar eventos 0νββ entre los pocos eventos 2νββ que se observan en raras ocasiones), pero habrá que esperar al menos un par de años para que tengamos noticias realmente interesantes sobre esta cuestión.

Recuerda que en la desintegración beta un neutrón se transforma en un protón acompañado de la emisión de un leptón cargado (electrón o positrón) y uno neutro (antineutrino o neutrino, resp.). Hoy sabemos que el proceso corresponde a la desintegración débil de un quark down (d) en un quark up (u) mediada por un bosón vectorial W (de carga negativa o de carga positiva, resp.).

Como un núcleo atómico pesado tiene muchos neutrones, luego de vez en cuando dos de ellos se desintegración de forma beta de forma simultánea, una desintegración beta doble. En este proceso se emiten dos neutrinos (o antineutrinos), la desintegración beta doble con dos neutrinos, 2νββ decay. Sin embargo, si los neutrinos fueran partículas de Majorana, un neutrino podría aniquilarse con el otro neutrino, con lo que se observarían dos leptones pero ningún neutrino, un suceso 0νββ. La señal de este proceso en el fondo de sucesos 2νββ está siendo buscada por muchos experimentos en curso (EXO-200, KamLAND-Zen y GERDA). EXO-200 (por Enriched Xenon Observatory) busca observar este fenómeno en unos 110 kg de xenón líquido (que se comporta como una buena fuente de sucesos 0νββ y como detector al mismo tiempo); por cierto, se utiliza xenón-136 (136Xe).

Quizás te sorprenda que el nuevo resultado de EXO-200 es peor que el que publicó en 2012. Sin embargo, para el nuevo resultado se han acumulado más datos y se ha mejorado la técnica de análisis, lo que ha conllevado una reducción en la vida media del proceso. Aunque no lo creas este tipo de resultados posteriores que son «peores» que los primeros es algo habitual en física de partículas. Conforme los físicos conocen mejor el detector pueden analizar mejor los resultados y a veces las conclusiones previas se mejoran y otras se empeoran. Lo mismo pasó con los primeros resultados sobre el Higgs en el Tevatrón del Fermilab, por ejemplo.

En resumen, lo importante es que la búsqueda continúa (por cierto, el experimento nEXO (Next Enriched Xenon Observatory) con 5 toneladas está en proceso de diseño). Cada día se conoce mejor el fondo de sucesos que se comportan como ruido para la señal de un proceso 0νββ. Los próximos años serán apasionantes y quizás en un par de años, si todo va bien, sabremos si los neutrinos son partículas de Dirac o partículas de Majorana. Algo importantísimo para el futuro de la física de partículas.