La desintegración doble beta sin neutrinos (0νββ) es el proceso por el cual dos neutrones en un núcleo se transforman en dos protones emitiendo dos electrones sin ningún neutrino; este proceso requiere la aniquilación mutua de los dos (anti)neutrinos, lo que solo es posible para fermiones de Majorana. Los límites actuales para la semivida de este proceso son T_1/2 > 5.3 × 10²⁵ años para ⁷⁶Ge y T_1/2 > 1.07 × 10²⁶ años para ¹³⁶Xe. Se publica en Physical Review Letters que estos límites podrían estar mal calculados ya que no se ha considerado un nuevo efecto sistemático. La contribución de las contribuciones hadrónicas de corto alcance en el cálculo de la amplitud de probabilidad para los núcleos.

Hasta ahora la amplitud del proceso 0νββ se había calculado usando interacciones efectivas de largo alcance, pues se pensaba que las de corto alcance eran despreciables. Sin embargo, un cálculo de estas últimas interacciones muestra que su efecto sobre la amplitud es comparable al de las primeras. Por desgracia, solo se conoce su orden de magnitudel cálculo es muy complicado y ahora mismo no se conoce su signo. Si los signos coinciden, las contribuciones se sumarían, pero si son opuestos, se restarían. En ambos casos hay que revisar los límites de exclusión actuales y las estimaciones de la semivida del proceso. Habrá que estar al tanto sobre cómo evolucionan estos cálculos en los próximos años.

El artículo es Vincenzo Cirigliano, Wouter Dekens, …, Ubirajara van Kolck, «New Leading Contribution to Neutrinoless Double-β Decay,» Phys. Rev. Lett. 120: 202001 (16 May 2018), doi: 10.1103/PhysRevLett.120.202001, arXiv:1802.10097 [hep-ph]. Más información divulgativa en Christopher Crockett, «Synopsis: A Missing Piece in the Neutrinoless Beta-Decay Puzzle,» APS Physics, 16 May 2018.

La probabilidad de desintegración de un hadrón (partícula compuesta de quarks y gluones) se calcula usando las llamadas amplitudes hadrónicas, que se calculan mediante una teoría efectiva de la interacción fuerte (cromodinámica cuántica). Estas amplitudes se expanden en función del parámetro p/Λ_χ, donde p ∼ m_π ∼ k_F ∼ O(100 MeV) y
Λ_χ ∼ 4πF_π ∼ m_N ∼ O(1 GeV). Siendo este parámetro pequeño, O(0.1), parece razonable calcular la amplitud del proceso 0νββ mediante una teoría de campos efectiva (EFT) que solo tenga en cuenta los efectos de largo alcance; los cálculos actuales alcanzan una precisión de hasta N²LO, es decir, hasta tercer orden, o sea, el orden siguiente (N) al orden siguiente (N) del orden dominante (LO).

Vincenzo Cirigliano, Laboratorio Nacional de Los Alamos, New Mexico, EE.UU., y sus colegas han estimado la contribución de los efectos hadrónicos de corto alcance usando argumentos basados en la renormalización, usando dos métodos diferentes, la regularización dimensional y el corte (cutoff) en la coordenada espacial. Su estimación (ρ_NN) indica que, incluso a LO, estos efectos calculados a LO son comparables a los de largo alcance (ρ_ν).

En el análisis de los experimentos que buscan observar la desintegración 0νββ se usa la matriz de transición para los núcleos, que depende del núcleo concreto usado. Esta figura muestra resultados para A = 6 y A = 12, mostrando la curva que incluye solo efectos de largo alcance (ρ_ν) y las dos estimaciones obtenidas para los efectos de corto alcance (ρ_NN). Sin entrar en más detalles de carácter técnico, parece claro que para cortas distancias, entre 0.002 y 0.8 fm, hay que tener en cuenta los nuevos términos en la estimación efectiva de la amplitud de probabilida del proceso.

En resumen, habrá que esperar a que se publiquen cálculos numéricos realizados con QCD en el retículo (lattice QCD). Hasta entonces, lo único relevante es que debemos ser muy cautos con los límites actuales para la semivida del proceso 0νββ. Quizás estos límites cambien, o quizás no, pero parece claro que hay una fuente de error sistemático aún no considerada.