Los informes sobre la inexistencia del llamado neutrino "estéril" son prematuros, dicen los científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU., Incluso cuando publican los resultados de dos experimentos que limitan aún más los lugares donde esta elusiva partícula puedeestar escondido. Estos resultados, descritos en tres artículos publicados en Cartas de revisión física PRL por científicos que trabajan en el Experimento de Neutrinos de Daya Bay en China y la Búsqueda de Oscilación de Neutrinos por Inyector Principal MINOS en el Laboratorio Nacional de Aceleradores de Fermi - resultados similares anunciados recientemente por otro experimento de neutrinos conocido como IceCube - reducen enormemente el "espacio de fase"donde los científicos deben cazar
Si observa los nuevos resultados como "centrarse" en las partículas evasivas, o descartando en gran medida su existencia, los científicos dicen que la búsqueda de neutrinos estériles continuará y debería continuar.
"Encontrar evidencia verdadera de que existen neutrinos estériles cambiaría profundamente nuestra comprensión del universo", dijo el físico de Brookhaven Xin Qian, uno de los cazadores de neutrinos. Estas partículas ligeras y eléctricamente neutrales podrían ser componentes del misterioso "mundo oscuro", incluyendola materia oscura que los físicos saben constituye aproximadamente una cuarta parte del universo, pero nunca se ha detectado directamente.
"En el Big Bang al comienzo del universo, parte de la energía se convirtió en partículas que hasta ahora han demostrado ser completamente invisibles", explicó Milind Diwan, otro físico de neutrinos de Brookhaven. "Que existe tal materia que esoscuro - indetectable - es un hecho establecido. De lo que está compuesto es un gran misterio. Cada vez que encontramos una pista de una nueva partícula neutra que podría explicar esta energía faltante, o un nuevo método de búsqueda, ofrecenosotros una ventana al universo que debemos explorar "
Incluso el proceso de descubrir cómo buscar una partícula evasiva e indetectable, qué medir y cómo examinar los datos, vale la pena, dicen los científicos, porque despierta la creatividad y la evolución del pensamiento científico en situaciones inesperadasformas.
"Estos análisis son todos resultados secundarios de los principales programas de investigación en experimentos donde los científicos se dieron cuenta de que tenían la capacidad de ver los datos de formas nuevas e interesantes", dijo Diwan. "De esta manera, estos programas están creando un grupo dejóvenes investigadores que entienden cómo analizar los datos y cuestionar los resultados, y se convertirán en líderes con los tipos de habilidades que necesitamos en ciencia ".
Los científicos de Brookhaven Lab desempeñan papeles importantes tanto en Daya Bay como en MINOS, y fueron esenciales para comprender cómo los datos recopilados para los principales objetivos de investigación de los experimentos podrían usarse para buscar "firmas" de neutrinos estériles. Por ejemplo, Qian lideró a Brookhavenel desarrollo de los métodos estadísticos para combinar los resultados de estos experimentos, trabajando con un grupo de becarios posdoctorales y estudiantes de posgrado, aproximadamente la mitad de Daya Bay y la otra mitad de MINOS.
"Se requirió un esfuerzo para finalizar qué tipo de método estadístico utilizar", dijo Wei Tang, uno de los postdocs de Brookhaven. "Trabajar con las dos colaboraciones, con culturas muy diferentes, es un buen ejemplo de cómo se hace este trabajo- Cómo la ciencia une a las personas ", dijo.
agujeros y pistas
Tanto MINOS como Daya Bay están diseñados para explorar detalles de neutrinos, pequeñas partículas subatómicas que no llevan carga eléctrica y recorren grandes distancias sin interactuar con nada. El Modelo Estándar de física de partículas: una lista de partículas conocidas y las fuerzas a través de las cualesinteractúan - describe tres "sabores" de neutrinos conocidos electrón, muón y tau, nombrados por su relación con las partículas cargadas de esos nombres.
Pero el modelo estándar también dice que los neutrinos tienen sin masa - una idea recientemente refutada por experimentos que confirman la capacidad de estas partículas para cambiar identidades entre los tres sabores. Estas "oscilaciones" de cambio de sabor solo son posibles si existen neutrinos en diferentes estados de masa; de hecho, una mezcla de diferentes masas paracada sabor conocido. Por lo tanto, detectar oscilaciones de neutrinos, un descubrimiento que obtuvo el Premio Nobel de física 2015, es una prueba de que los neutrinos tiene masa - señalando al menos un agujero en el modelo estándar.
"El hecho de que los neutrinos tengan masa es una fuerte pista de que podemos descubrir otras cosas que no sabemos sobre estas partículas", dijo Qian. "Sería estremecedor si realmente existiera un cuarto tipo de neutrinos estériles."
La búsqueda de neutrinos estériles también está motivada por ideas teóricas y pistas de un experimento anterior en el Laboratorio Nacional de Los Álamos que pudo haber observado un nuevo tipo de oscilación de neutrinos, aproximadamente descrito como un cambio de dos pasos que transforma los neutrinos de muón existentes enneutrinos de un cuarto sabor indetectable también conocido como "estéril", que luego oscilan nuevamente para convertirse en neutrinos electrónicos. El equipo de Los Alamos midió la velocidad de esta transformación propuesta en dos pasos a través de un sabor intermedio indetectable.
Los nuevos resultados de MINOS y Daya Bay prueban esta observación midiendo las tasas de los pasos individuales. Multiplicar las tasas medidas para cada uno de los dos pasos individuales que incluyen el neutrino estéril propuesto debería ser igual a la tasa medida por el equipo de Los Alamos -- si el neutrino estéril realmente existe.
Advertencia: aquí se pone un poco complicado
En el paso uno, los neutrinos muónicos que se transforman en los estériles propuestos, estamos hablando de medir una transformación de una partícula que los científicos pueden crear y detectar a una partícula que no pueden "ver" de ninguna manera. Entonces, en lugar de tratar demiden algo indetectable, buscan la velocidad a la que los neutrinos muones desaparecer sin transformarse en ninguno de los otros dos tipos conocidos. Este trabajo fue realizado por el experimento MINOS, que produce un haz de neutrinos muónicos para medir sus oscilaciones a otros sabores.
Para abordar el segundo paso: la transformación de un indetectable partícula a una detectable: los científicos tuvieron un desafío aún mayor.
"¡No podemos hacer un haz de neutrinos estériles indetectables, después de todo, ni siquiera sabemos si existen!", Dijo Diwan.
En cambio, aprovechan una de las leyes básicas de la Naturaleza, a saber, que la velocidad de este proceso debe ser igual ya sea que se ejecute hacia adelante o hacia atrás, y miden la velocidad del proceso inverso. Usan un hazde neutrinos de electrones en realidad, electrones anti neutrinos, que para el propósito de este experimento son los mismos y miden la velocidad a la que desaparecen, descartando o contabilizando aquellos que se están transformando en uno de los otros dos tipos conocidos.
Los antineutrinos de electrones se generan en los núcleos de los reactores nucleares, en este caso, un conjunto de seis que forman parte del Experimento de Neutrinos de la Bahía de Daya en China. Los detectores a diferentes distancias de los reactores recogen señales que permiten a los científicos calculartasas de oscilación.
En los periódicos que se publican en PRL - uno de la colaboración de Daya Bay, uno de MINOS y otro que presenta un análisis combinado de los resultados de Daya Bay y MINOS, así como un nuevo análisis de los resultados de Bugey, un experimento más antiguo en Francia - la conclusión principal es quela contabilidad no funciona. Multiplicar las tasas de las dos reacciones individuales no coincidía con los datos de Los Alamos. La superposición de gráficos de los resultados de los diversos análisis revelaron solo pequeñas "regiones de parámetros" restantes donde los neutrinos estériles todavía podrían "esconderse"."
IceCube, un experimento que mide las oscilaciones de neutrinos de la atmósfera con un detector en las profundidades del hielo de la Antártida, también informó recientemente nuevos resultados. Su búsqueda de la desaparición de neutrinos muónicos a un sabor estéril propuesto también surgió con las manos vacías, conno se encuentran neutrinos estériles.
La próxima frontera
Los futuros experimentos en Fermilab continuarán buscando en los canales restantes.
Pero incluso si no encuentran las escurridizas partículas, la búsqueda y la competencia y colaboración que fomenta entre científicos de diferentes experimentos y en diferentes naciones crearán nuevas oportunidades. Estos equipos están construyendo las tecnologías: detectores, datosinfraestructura y herramientas de análisis: necesarias para la próxima generación de experimentos, incluido el Experimento de neutrinos subterráneos profundos que se realizará en Fermilab con una amplia participación internacional.
"La física de la masa de neutrinos y la física del universo, su formación y estructura, están íntimamente relacionadas", dijo Diwan. "Los descubrimientos en las últimas décadas han demostrado que el universo está lleno de cosas invisibles eléctricamente neutras".incluidos los neutrinos que podrían tener interacciones desconocidas y ricas. Desentrañar las misteriosas propiedades de los neutrinos está demostrando ser una de las pocas ventanas posibles en este mundo oscuro ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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