Investigadores del Laboratorio de Facility for Rare Isotope Beams FRIB en la Michigan State University MSU han dado un paso importante hacia una descripción teórica de los primeros principios de la desintegración doble beta sin neutrinos. Observar este proceso nuclear raro aún no confirmado habría tenidoimplicaciones importantes para la física de partículas y la cosmología. Las simulaciones teóricas son esenciales para planificar y evaluar los experimentos propuestos. El equipo de investigación presentó sus resultados en un artículo publicado recientemente en Cartas de revisión física .
Los teóricos de FRIB, Jiangming Yao, investigador asociado y autor principal del estudio, Roland Wirth, investigador asociado, y Heiko Hergert, profesora asistente, son miembros de una colaboración tópica sobre simetrías fundamentales y decaimiento de doble beta sin neutrinos.La Oficina de Energía de la Ciencia de la Oficina de Física Nuclear está financiando la colaboración temática. Los teóricos unieron fuerzas con otros miembros de colaboración temática de la Universidad de Carolina del Norte-Chapel Hill y colaboradores externos de la Universidad Autónoma de Madrid, España. Su trabajo marca un hito importantehacia un cálculo teórico de las tasas de desintegración doble beta sin neutrinos con incertidumbres totalmente controladas y cuantificadas.
Los autores desarrollaron el método de coordenadas del generador en medio IM-GCM. Es un enfoque novedoso para modelar las interacciones entre nucleones que es capaz de describir la estructura compleja de los núcleos candidatos para esta desintegración. La primera aplicación deIM-GCM para el cálculo de la tasa de desintegración beta doble sin neutrinos para el núcleo de calcio-48 prepara el escenario para la exploración de los otros candidatos con incertidumbre teórica controlable.
En la desintegración doble beta sin neutrinos, dos protones se transforman simultáneamente en neutrones sin emitir los dos neutrinos que aparecen en los procesos de interacción débil más típicos. Si existe, esta es una desintegración extremadamente rara que se espera que tenga una vida media mayormás de 10 septillones de años un 1 con 25 ceros, lo que significa que la mitad de una muestra de núcleos habría sufrido una doble desintegración beta sin neutrinos en este período extremadamente largo.
Su observación demostraría que los neutrinos son sus propias antipartículas. Cada partícula subatómica tiene una antipartícula correspondiente, que tiene la misma masa pero una carga igual y opuesta. Las partículas y las antipartículas pueden aniquilarse entre sí, dejando solo energía. Por lo tanto, ningún neutrino podríaobservarse en la desintegración doble beta sin neutrinos. Una observación de desintegración doble beta sin neutrinos demostraría que una ley fundamental, la conservación del número de leptones, se viola en la naturaleza. Esto podría ayudar a explicar por qué el universo contiene más materia que antimateria, lo queconsiste en las antipartículas antes mencionadas. La observación también dirigiría los esfuerzos para completar el Modelo Estándar de física de partículas.
"La ausencia de neutrinos en esta descomposición aún no confirmada hace posible determinar las masas de neutrinos", dijo Hergert. "Estas masas son un parámetro importante en los modelos de la evolución del universo. La tasa de descomposición teórica es un ingrediente claveen la extracción de las masas de neutrinos de la vida útil medida, o al menos proporciona nuevos límites superiores para estas cantidades ".
Los cálculos teóricos como los presentados por los autores también ayudarán a determinar el tamaño de los detectores necesarios para los experimentos a gran escala de desintegración doble beta sin neutrinos.
El desarrollo e implementación de pruebas de simetrías fundamentales es un elemento importante de la misión de FRIB. Los experimentos de FRIB exploran la estructura de los candidatos de doble desintegración beta sin neutrinos y sus isótopos vecinos, lo que afecta la velocidad a la que puede ocurrir la desintegración. Los métodos teóricos desarrollados para estoEl estudio ahora se puede aplicar a otros núcleos con estructuras complejas que se estudian en FRIB.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instalación de la Universidad Estatal de Michigan para haces de isótopos raros . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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