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.
Hola Francis,
Te agradeceria una breve explicación de porque es tan importante saber si los neutrinos son partículas de Dirac o partículas de Majorana para el futuro de la física de particulas y la diferencia entre ambas.
Gracias por anticipado, asi como por la información que proporcionas sobre actualidad científica.
Josep, salvo los neutrinos (leptones neutros), los fermiones que conocemos (quarks y leptones cargados), son partículas de tipo Dirac, es decir, asociadas a campos con 4 componentes (dos asociadas al leptón y dos al antileptón). Los quarks y leptones cargados se pueden polarizar (hay fermiones a izquierdas y a derechas).
Lo más obvio sería que los neutrinos (leptones neutros) fueran fermiones de Dirac (como los demás fermiones conocidos), pero en los experimentos no hemos observado sus componentes derechas (sólo las izquierdas). Si existen los neutrinos derechos deben tener una masa muy grande (lo que implica física más allá del modelo estándar, pero que es fácil de incorporar de forma «natural» al modelo estándar).
Pero nada prohíbe que los neutrinos sean fermiones de Majorana (en cuyo caso no existen los neutrinos a izquierdas y a derechas, todos, tanto neutrinos como antineutrinos corresponden al mismo campo y no hay distinción). Esto sería revolucionario, porque implica física más allá del modelo estándar que además no es «natural» y ofrece muchas pistas sobre una posible teoría de gran unificación (GUT).
Por supuesto, también podría ocurrir que los neutrinos fueran una «mezcla» de fermiones de Dirac y Majorana. Ya se sabe que la imaginación de los teóricos no tiene límites.
Saber si los neutrinos son de Dirac, Majorana o una mezcla nos dará información muy importante, a baja energía, sobre la física a alta energía (cercana a la escala GUT, según el modelo).
Aprenderemos mucho más sobre la física de partículas del siglo XXI cuando sepamos todas las cosas que desconocemos de los neutrinos que haciendo colisiones de protones en el LHC.
Por todo ello es muy importante conocer las propiedades de los neutrinos que aún desconocemos.
Saludos
Francis
Te agradezco la respuesta, Francis. La completaré con la lectura de tus articulos que me recomienda Ramiro HumSah
Josep
Francis ya ha hablado mucho al respecto te recomiendo busques con el navegador interno a la web de Francis simplemente «neutrino»
Y mi recomendación personal es esta joya:
https://francis.naukas.com/2013/07/23/el-modelo-estandar-minimo-con-neutrinos-masivos-numsm/