Partícula camaleón captada en el momento del cambio

Detector OPERAInvestigadores del experimento OPERA en el laboratorio Gran Sasso del INFN en Italia, anunciaron hoy la primera observación directa de una partícula tau en un rayo de neutrinos muón lanzado a través de la Tierra desde el CERN, a 730 km de distancia. Este es un resultado significativo, proporcionando la pieza final que faltaba en un puzle que ha estado desafiando a la ciencia desde la década de 1960, y ofrece unas tentadoras pistas sobre la nueva física.

El misterio del neutrino empezó con un experimento pionero y finalmente ganador del Premio Nobel llevado a cabo por el científico estadounidense Ray Davis que se inició en la década de 1960. Observó que llegaban a la Tierra muchos menos neutrinos procedentes del Sol de lo que predecían los modelos: o los modelos solares eran incorrectos, o algo sucedía a los neutrinos durante el camino. Una posible solución al misterio llegó en 1969 cuando los teóricos, Bruno Pontecorvo y Vladimir Gribov, sugirieron por primera vez los cambios oscilatorios camaleónicos entre distintos tipos de neutrinos podrían ser los responsables del aparente déficit de neutrinos.

Desde entonces varios experimentos han observado la desaparición de neutrinos muón, confirmando la hipótesis de la oscilación, pero hasta ahora nunca se había observado la aparición de un neutrino tau en un rayo puro de neutrinos: esta es la primera vez que el neutrino camaleón es captado en el momento del cambio de tipo muón a tipo tau.

Antonio Ereditato, Portavoz de la colaboración OPERA describió el desarrollo como: “un importante resultado que recompensa a toda la colaboración OPERA por sus años de esfuerzo y que confirma que hemos hecho sólidas elecciones experimentales. Tenemos confianza en que estos primeros eventos serán seguidos por otros que demostrarán por completo la aparición de la oscilación de neutrinos”.

“El experimento OPERA ha alcanzado su primer objetivo: la detección de un neutrino tau a partir de la transformación de un neutrino muón, lo cual tuvo lugar durante el viaje de Ginebra al Laboratorio del Gran Sasso”, añade Lucia Votano, Directora del Laboratorio Gran Sasso. “Este importante resultado llega tras una década de intenso trabajo realizado por la colaboración, con el apoyo del laboratorio, y de nuevo confirma que el LNGS es un laboratorio puntero en la Física de Astropartículas”.

Los resultados de OPERA siguen a siete años de preparación y unos tres años de rayos proporcionados por el CERN. Durante ese tiempo, billones de neutrinos muón han sido enviados desde el CERN a Gran Sasso, necesitando aproximadamente 2,4 milisegundos para hacer el viaje. La rareza de la oscilación de neutrinos junto con el hecho de que los neutrinos interactúan muy débilmente con la materia hace que este tipo de experimento sea extremadamente delicado de llevar a cabo. El rayo de neutrinos del CERN se conectó por primera vez en 2006, y desde entonces los investigadores del experimento OPERA han estado filtrando cuidadosamente sus datos buscando evidencias de la aparición de partículas tau, la señal reveladora de que un neutrino muón había oscilado a un neutrino tau. La paciencia es una virtud en la investigación de este tipo en física de partículas, como explica en Presidente de la INFN Roberto Petronzio:

“Este éxito se debe a la tenacidad e inventiva de los físicos de la comunidad internacional, que diseñaron un rayo de partículas especialmente para este experimento”, dice Petronzio. “De esta forma, el diseño original de Gran Sasso ha sido coronado con el éxito. De hecho, cuando se construyeron, los laboratorios estaban orientados de tal forma que pudiesen recibir los rayos de partículas del CERN”.

En el CERN, los neutrinos son generados mediante colisiones de un rayo de protones acelerado contra un objetivo. Cuando los protones impactan con el objetivo, se generan partículas llamadas kaones y piones. Al contrario que las partículas cargadas, los neutrinos no son sensibles a los campos electromagnéticos normalmente usados por los físicos para cambiar la trayectoria de las partículas. Los neutrinos pueden pasar a través de la materia sin interactuar con ella; manteniendo la misma dirección de movimiento que tenían al nacer. Por tanto, desde el momento en que se producen, mantienen un camino recto, pasando a través de la corteza de la Tierra. Por esta razón es extremadamente importante que desde el mismo inicio el rayo apunte exactamente hacia los laboratorios del Gran Sasso.

“Este es un paso importante para la física de neutrinos”, dice el Director General del CERN Rolf Heuer. “Mis felicitaciones van al experimento OPERA y a los Laboratorios Gran Sasso, así como a los departamentos del acelerador del CERN. Estamos deseando desvelar la nueva física que presagian estos resultados”.

Aunque cierra un capítulo sonre la comprensión de la naturaleza de los neutrinos, la observación de la oscilación de neutrinos es una sólida evidencia de la nueva física. En las teorías que usan los físicos para explicar el comportamiento de las partículas fundamentales, que se conoce como Modelo Estándar, los neutrinos no tienen masa. Para que los neutrinos oscilen, no obstante, deben tener masa: debe haberse pasado algo por alto en el Modelo Estándar. A pesar de su éxito al describir las partículas que forman el universo visible y sus interacciones, los físicos han sabido desde hace mucho tiempo que hay mucho que no se explica en el Modelo Estándar. Una posibilidad es la existencia de otros tipos de neutrinos aún no observados que podrían arrojar luz sobre la materia oscura, que se cree que forma aproximadamente un cuarto de la masa del universo.

Más información en Francis (th)E mule Science’s News


Fecha Original: 31 de mayo de 2010
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Comments (8)

  1. Esta noticia es importantisima. El establecer definitivamente que el neutrino tiene masa da un corte radical a muchas especulaciones. Abra que confirmar que no hay otra posibilidad para el resultado y a partir de ahí trabajar con modelos teóricos de neutrinos con masa y por que no interaccionan con el resto de la masa.

  2. Técnicamente aún no se ha confirmado que tenga masa. Para eso habría que probar que realmente la oscilación de neutrinos sólo puede producirse si los neutrinos tienen masa, o habría que medir la masa directamente (observándoles viajar a velocidades menores que la luz). De momento sólo se han puesto límites superiores a su masa, aunque se tiene gran confianza en que esa masa no es cero.

    • En realidad, el hecho de que oscile significa que tiene una masa. La oscilación viene dada por la diferencia de masa entre los distintos autoestados del hamiltoniano de los neutrinos, que no son los mismos que los de la interacción débil que son los que medimos.

      la distribución de neutrinos en el tiempo es proporcional a lo siguiente:

      cos(Dif.m t) * exp(-G t)

      que es un coseno cuya amplitud disminuye con el tiempo. (esto serviría para dos sabores de neutrino, para tres sería lo mismo pero más complicado)

      Si no tuvieran masa, la diferencia sería cero y no oscilaría!!!

    • Concuerdo con el hecho de que no se ha confirmado que los neutrinos tengan masa. Las oscilaciones de neutrinos no permiten medir las masas directamente sólo entregan información sobre la diferencia de los cuadrados de las masas. Mediciones directas de las masas de los neutrinos pueden realizarse mediante experimentos que estudian decaimiento beta como KATRIN.

      Volviendo a las oscilaciones, a pesar de que la evidencia parece mostrar que los neutrinos tienen masa no nula, quisiera agregar que extensiones simples del modelo estándar (requiridas para describir las oscilaciones que no son permitidas por el modelo estándar) muestran que los neutrinos podrían oscilar incluso si no tienen masa, esto se debería al rompimiento de simetrías del espaciotiempo.

      • Bueno, será por teorías y modelos que realizan los teóricos. Aunque de los que he leído que teorizan de la oscilación de neutrinos sin masa, lo que más me puede convencer es uno que leí sobre que en realidad es un efecto de la masa del medio, es decir que no ocurre en vacío.

        Aún así, la elección de la masa nula del neutrino se hace por criterios de simplicidad y belleza del modelo. Habrá modelos que expliquen la oscilación de neutrinos por una razón u otra, personalmente que sea debido a aún más rupturas de simetría no me convence, pero también había modelos no locales que intentaban explicar los fenómenos cuánticos fuera del marco de la MQ.

        Hasta donde yo sé, hay bastante seguridad de que los neutrinos tienen masa. Si no, no se llevarían a cabo los experimentos doble-beta para averiguar si esa masa que algunos dudan de su existencia sea de Dirac o de Majorana.

  3. [...] “Particle Chameleon Caught in the act of Changing,” CERN Press release, 31 May 2010 (noticia traducida en Ciencia Kanija); ”The metamorphosis of a neutrino directly observed for the first time,” INFN.it, [...]

  4. [...] como “Particle Chameleon Caught in the act of Changing,” CERN Press release, 31 May 2010 (noticia traducida en Ciencia Kanija); ”The metamorphosis of a neutrino directly observed for the first time,” INFN.it, 31-05-2010; [...]

  5. [...] como “Particle Chameleon Caught in the act of Changing,” CERN Press release, 31 May 2010 (noticia traducida en Ciencia Kanija); ”The metamorphosis of a neutrino directly observed for the first time,” INFN.it, 31-05-2010; [...]

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