Experimento físico sugiere la existencia de una nueva partícula

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Detector MiniBooneLos resultados de un experimento físico de alto nivel en el Fermilab, que involucra a un profesor de la Universidad de Michigan, parece confirmar unos hallazgos de hace 20 años que crea agujeros en el modelo estándar, sugiriendo la existencia de una nueva partícula: un cuarto sabor de neutrino.

Los nuevos resultados van más allá y describen la violación de una simetría fundamental en el universo, la cual afirma que las partículas de antimateria se comportan de la misma forma que sus homólogos de materia.

Los neutrinos son partículas elementales nacidas a partir del decaimiento radiactivo de otras partículas. Los “sabores” conocidos de los neutrinos son los homólogos neutros de los electrones y sus sus primos más pesados, muónes y taus. Sin importar el sabor original del neutrino, las partículas cambian constantemente de un tipo a otro en un fenómeno conocido como “oscilación de sabor de los neutrinos”.

Un neutrino electrón podría convertirse en un neutrino muón,  y terminar siendo un neutrino electrón de nuevo. Los científicos creían que existían tres sabores de neutrinos. En este Mini Booster Neutrino Experiment, conocido como MiniBooNE, los investigadores detectaron más oscilaciones de las que serían posibles sólo con tres sabores.

“Estos resultados implican que hay nuevas partículas o fuerzas que antes no habíamos imaginado”, dice Byron Roe, Profesor Emérito del Departamento de Física, y autor del artículo sobre los resultados recientemente publicado on-line en Physical Review Letters.

“La explicación más simple implica la adición de una nueva partícula similar al neutrino, o neutrino estéril, que no tiene las interacciones débiles normales”.

Los tres tipos conocidos de neutrinos interactúan con la materia principalmente a través de la fuerza nuclear débil, lo que hace que sean difíciles de detectar. Se ha teorizado que este cuarto sabor no interactuaría a través de la fuerza débil, haciendo que sea incluso más difícil de encontrar.

La existencia de neutrinos estériles podría ayudar a explicar la composición del universo, dice William Louis, científico en el Laboratorio Nacional Los Alamos que fue estudiante de doctorado de Roe en la UM y estuvo implicado en el experimento MiniBooNE.

“Físicos y astrónomos están buscando neutrinos estériles debido a que podrían explicar parte o incluso toda la materia oscura del universo”, dice Louis. “Los neutrinos estériles podrían también ayudar a explicar la asimetría de materia en el universo, o por qué el universo está compuesto de materia en lugar de antimateria”.

El experimento MiniBooNE, una colaboración entre unos 60 investigadores de varias instituciones, se llevó a cabo en el Fermilab para comprobar los resultados del experimento Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, que empezó en 1990. El LSND fue el primero en detectar más oscilaciones de neutrinos de las predichas por el modelo estándar.

Los resultados iniciales de MiniBooNE hace varios años, basados en datos procedentes de un haz de neutrinos (a diferencia de un haz de antineutrinos), no apoyaban los resultados del LSND. El experimento LSND se llevó a cabo usando un haz de antineutrinos, no obstante, por lo que ése fue el siguiente paso para MiniBooNE.

Estos nuevos resultados basados en los primeros tres años de datos procedentes de un haz de antineutrinos, y ellos cuentan una historia distinta a los anteriores resultados. Los datos del haz de antineutrinos de MiniBooNE apoyan los hallazgos del LSND. Y el hecho de que los experimentos de MiniBooNE produjeran distintos resultados para antineutrinos y para neutrinos, sorprendió especialmente a los físicos.

“El hecho de que veamos este efecto en antineutrinos y no en los neutrinos es incluso más extraño”, señala Roe. “Estos resultados indican unas adiciones aún más serias a nuestro modelo estándar de las que se pensaron tras los primeros resultados del LSND”.

El resultado parece violar la “simetría de carga-paridad” del universo, que afirma que las leyes de la física funcionan de la misma forma para partículas y para sus homólogos de antipartículas. Las violaciones de esta simetría se han observado en algunos extraños decaimientos, pero no con neutrinos, dice Roe.

Aunque estos resultados son estadísticamente significativos, y apoyan los hallazgos del LSND, los investigadores advierten que necesitan resultados a lo largo de periodos de tiempo más largos, o experimentos adicionales, antes de que los físicos puedan descartar las predicciones del modelo estándar.


Más información:
– El artículo “Event Excess in the MiniBooNE Search for ν̅ μ→ν̅ e Oscillations”, se publicaá en una próxima edición de la revista Physical Review Letters.
MiniBooNE

Fecha Original: 2 de noviembre de 2010
Enlace Original

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