Un equipo de científicos acaba de lograr la estimación más precisa hasta la fecha de la masa del neutrino más ligero de todos. Los resultados fueron obtenidos a partir de una combinación de observaciones astronómicas e información obtenida a partir de experimentos en física de partículas, para luego ser publicados en Physical Review Letters.

Los autores utilizaron datos de la estructura a gran escala de las galaxias, del fondo cósmico de microondas, de supernovas tipo Ia, de la nucleosíntesis primordial y de los resultados de experimentos en aceleradores de partículas y reactores nucleares.

Neutrinos

Los neutrinos son un tipo de partícula elemental cuya existencia fue postulada en sus inicios por el teórico Wolfgang Pauli en 1930 con el fin de explicar cómo el decaimiento beta podría conservar la energía, el momento lineal y el espín. Pauli planteó que en el proceso había una partícula que no estaban detectando y debería hacer que la energía total del electrón permanezca constante.

Los neutrinos, actualmente, son parte del Modelo Estándar de la física de partículas. Existen tres tipos de neutrinos, los cuales están asociados a cada una de las familias leptónicas: el electrón (neutrino electrónico), muon (neutrino muónico) y el leptón tau (neutrino tauónico) más sus respectivas antipartículas. Es importante mencionar que, a diferencia de los leptones cargados, los neutrinos no participan en la interacción electromagnética.

En la segunda mitad del siglo XX, se propuso teóricamente que los neutrinos podían oscilar. La oscilación de neutrinos fue demostrada experimentalmente posteriormente por Takaaki Kajita, lo que lo hizo ganador de un Premio Nobel. La demostración de esta propiedad implicaba que los neutrinos podían pasar de un sabor a otro, por lo cual debían tener una masa no nula debido a que el paso de un sabor a otro solo puede darse en partículas masivas.

Inicialmente se creía que los neutrinos solo participaban en la interacción débil, la cual es responsable del decaimiento beta. Sin embargo, con la oscilación de neutrinos probada, se supo que también podían participar en interacciones gravitacionales. Es importante aclarar que, debido a su baja masa, su efecto es despreciable en la mayoría de los casos.

¿Cuál es su masa?

Los experimentos modernos han medido con precisión la diferencia de las masas de los diferentes sabores de neutrinos, pero las mediciones de las masas individuales eran realmente malas. Sin embargo, conocer estos parámetros es de suma importancia en el contexto de la astrofísica porque los neutrinos contribuyen significativamente a los procesos cosmológicos. Además, en el contexto de la física de partículas, esto podría ayudarnos a entender mejor la física más allá del Modelo Estándar.

El nuevo estudio que presenta este equipo de científicos se basa en información astronómica y de física de partículas para determinar la masa del neutrino. Los autores utilizaron datos de la estructura a gran escala de las galaxias, del fondo cósmico de microondas, de supernovas tipo Ia, de la nucleosíntesis primordial y de los resultados de experimentos en aceleradores de partículas y reactores nucleares. De esta manera pudieron calcular las propiedades de los neutrinos en una supercomputadora teniendo en cuenta algunos parámetros cosmológicos como la proporción de energía oscura.

Los autores concluyen que los resultados pueden variar significativamente entre los modelos. En particular, los datos para los dos tipos de modelos varían ampliamente: las diferentes aproximaciones cosmológicas, que generalmente ignoran los resultados de las oscilaciones, pueden diferir en la estimación de la suma de masas hasta en un 43 por ciento, mientras que las construidas con margen para oscilaciones difieren entre sí en un 7 por ciento. La estimación superior final para la suma de las masas fue de 0.264 electronvoltios, que todavía es significativamente más alta que la estimación mínima, que actualmente es de 0.06 electronvoltios. La estimación superior para la masa del tipo más ligero de neutrino fue de 0.086 electronvoltios.

Por el momento, el estudio de neutrinos parece estar enfocado en la búsqueda de los neutrinos estériles, luego de una detección en 2018 que sugerían su existencia. Además, en N+1 entrevistamos a Takaaki Kajita, Premio Nobel en Física, por la comprobación experimental de la oscilación de neutrinos.

Fuente: nmas1.org