OPERA excluye a 3.3 sigmas el neutrino estéril de MiniBooNE

El detector de neutrinos OPERA observó a más de cinco sigmas el neutrino tau en modo aparición (LCMF, 21 Abr 2018). MiniBooNE y LSND observaron a más de 6 sigmas una anomalía que apunta a un neutrino estéril (LCMF, 01 Jun 2018). OPERA descarta a 3.3 sigmas la existencia de un neutrino estéril compatible con la señal de MiniBooNE. Así OPERA se apunta al carro de los detectores cuyos resultados son incompatibles con los neutrinos estériles. De hecho, la mayoría de los expertos opina que hay algún error sistemático en el análisis de datos realizado por MiniBooNE que confirma el resultado de LSND; por cierto, la mayoría de los miembros de MiniBooNE fueron miembros de LSND.

OPERA es famoso por el fiasco de los neutrinos superlumínicos (LCMF), pero su trabajo en la oscilación de neutrinos muónicos (generados en el CERN) a neutros tau (en los 730 km que separan CNGS de OPERA, en el Laboratorio Nacional de Gran Sasso, LNGS, en Italia). El artículo es OPERA Collaboration, “Final results on neutrino oscillation parameters from the OPERA experiment in the CNGS beam,” arXiv:1904.05686 [hep-ex].

Los neutrinos muónicos generados en el CERN en dirección a Gran Sasso (haz CNGS) tienen una energía media de 17 GeV. En OPERA se observan neutrinos electrónicos, muónicos y tau, lo que permite estimar los ángulos de oscilación θ13  y θ23 (estos ángulos de oscilación relacionan los estados masivos de los neutrinos con los estados de sabor de los neutrinos como ilustra esta figura; recuerda que los estados masivos de los neutrinos se llaman 1, 2 y 3, siendo una mezcla de sus estados de sabor e, μ y τ).  Entre 2008 y 2012, CNGS generó neutrinos muónicos colisionando 17.97 × 1019 protones en un blanco de grafito. En OPERA se registraron 19505 neutrinos de los que en 5603 se realizó una reconstrucción completa de su interacción con el detector. Gracias a ello se observaron 5 neutrinos tau, con una realación señal-ruido de ∼10. Como resultado se publicó la observación del neutrino tau a 5.1 sigmas y su observación en modo aparición a 6.1 sigmas. Se logró estimar el parámetro de oscilación ∆m232 = 2.7+0.7−0.6 × 10−3 eV2.

Se observaron 35 neutrinos electrónicos en modo aparición (oscilación de neutrino muónico a electrónico) siendo su valor compatible que la hipótesis nula, que no haya oscilación, en dicho caso se esperaba observar 31.9 ± 3.3 neutrinos electrónicos, pero también incompatible con dicha hipótesis, que haya oscilación, en cuyo caso se esperaba observar 34.3 ± 3.5 neutrinos electrónicos. Por tanto, OPERA, especializado en neutrinos tau, no ha observado dicha oscilación (que han observado otros detectores a más de cinco sigmas).

A pesar de ello se pueden usar todas las observaciones para contrastar un modelo 3+1 que añade un neutrino estéril (que no interacciona con el bosón Z) a los tres sabores de neutrinos del modelo estándar. Sin entrar en los detalles, se pueden obtener límites para ∆m241 a partir de los valores estimados por OPERA para los ángulos θ13 y θ23; en concreto, θ23 = 0.78+0.32−0.31 rad a 1σ C.L., y θ13 ∈ [0, 0.20] rad a 1σ C.L.. El resultado de las curvas de exclusión se presenta en la figura que abre esta entrada (que te recomiendo consultar de nuevo). También se pueden obtener límites en función de ∆m221 y ∆m231, pero dependen de si la jerarquía de masas de los neutrinos es normal (NH) o invertida (IH).

Los datos de OPERA conducen a ∆m241 > 0.1 eV2, sin2µτ < 0.10, y sin2µe < 0.019, que excluyen a 3.3 sigmas el mejor ajuste de los datos de MiniBooNE que apunta a ∆m241 = 0.041 eV2, y sin2µe =0.92. Por supuesto, aún no se puede afirmar que OPERA excluya el resultado de MiniBooNE (pues 3.3 sigmas están aún lejos de las 5.0 sigmas); sin embargo, combinando el resultado de OPERA con el de otros detectores de neutrinos todo apunta a que hay un problema en el análisis de los datos de MiniBooNE. Supongo que en un futuro no muy lejano acabará siendo desvelado.

Por cierto, que nadie se alarme porque diferentes detectores de neutrinos obtengan resultados contradictorios. Dado lo difícil que es detectar neutrinos, todo el mundo espera que dichas contradicciones aparezcan. Dentro de muchas décadas, con detectores mucho más sensibles, se entenderán estas anomalías como parte del desarrollo natural de toda ciencia. Y muchos jóvenes se lamentarán por no haber vivido una época tan apasionante como la actual en la física de los neutrinos.



8 Comentarios

    1. Qué simpático, al copiarlo y pegarlo en el comentario sale bien xD

      La cosa es que se ven etiquetas en el texto que por alguna razón no ha interpretado bien.

  1. Gracias por el artículo, Francis. Una puntualización: θ13 no es el ángulo entre los neutrinos masivos 1 y 3 (y θ23 no es el ángulo entre 2 y 3). Los neutrinos masivos 1, 2 y 3, al ser autoestados de masa, son ortogonales. θ13 y θ23 (junto con θ12) son similares a ángulos de Euler para parametrizar las transformación de la base de autoestados de masa (neutrinos 1, 2 y 3) a la base de autoestados de sabor (neutrinos e, mu, tau). Ver por ejemplo https://inspirehep.net/record/1209723/files/angles.png

  2. Específicamente , la presente experimentación corresponde a que año ; siendo que veo que en comentarios siempre conducen a fuentes del año 2011, y en publicaciones de PREPRINT , no aparace , saludos .: :.:

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 16 abril, 2019
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