Evidencia encontrada para una nueva partícula fundamental

Los físicos están emocionados y desconcertados por un nuevo informe de un experimento de neutrinos en el Fermi National Accelerator Laboratory, cerca de Chicago. El experimento MiniBooNE ha detectado muchos más neutrinos de un tipo particular de lo esperado, un hallazgo que se explica más fácilmente por la existencia de una nueva partícula elemental: un neutrino «estéril» que es aún más extraño y solitario que los tres tipos conocidos de neutrinos. El resultado parece confirmar los resultados anómalos de un experimento de hace décadas que MiniBooNE fue creado específicamente para verificar.

La persistencia de la anomalía del neutrino es extremadamente emocionante, dijo el físico Scott Dodelson de la Universidad Carnegie Mellon. » Indicaría que algo está sucediendo realmente», agregó Anže Slosar del Laboratorio Nacional Brookhaven.

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«Estoy muy entusiasmado con este resultado, pero no estoy listo para decir ‘Eureka'», dijo Janet Conrad , física de neutrinos del Instituto de Tecnología de Massachusetts y miembro de la colaboración MiniBooNE.

La existencia de un neutrino estéril revolucionaría la física desde la más pequeña hasta la más grande. Finalmente rompería el Modelo Estándar de Física de Partículas que ha reinado desde la década de 1970. También exigiría «un nuevo modelo estándar de cosmología», dijo Dodelson. «Hay otras grietas potenciales en la imagen estándar», agregó. «La paradoja del neutrino podría apuntar a un modelo nuevo y mejor».

Los neutrinos son pequeñas partículas que pasan a través de nuestros cuerpos por miles de millones cada segundo, pero que rara vez interactúan. Constantemente oscilan entre tres tipos conocidos, o «sabores», llamados electrón, muón y tau. El experimento MiniBooNE dispara un haz de neutrinos de muón hacia un tanque de aceite gigante. En el camino hacia el tanque, algunos de estos neutrinos muónicos deberían transformarse en neutrinos electrónicos a una velocidad determinada por la diferencia de masa entre los dos. MiniBooNE luego monitorea la llegada de neutrinos electrónicos, que producen destellos característicos de radiación en las raras ocasiones en que interactúan con las moléculas de aceite. En sus 15 años de ejecución, MiniBooNE ha registrado unos cientos de neutrinos electrónicos más de lo esperado.

La explicación más simple para este número sorprendentemente alto es que algunos neutrinos muon están oscilando en un cuarto tipo de neutrino, más pesado y diferente, uno estéril, lo que significa que nunca interactúa con nada que no sea un neutrino, y que algunos de estos estériles pesados los neutrinos luego oscilan en neutrinos de electrones. La mayor diferencia de masa prescribe una mayor tasa de oscilaciones y más detecciones.

El detector de neutrinos Liquid Scintillator (LSND) en Los Alamos detectó una anomalía similar en la década de 1990, lo que provocó la construcción de MiniBooNE. Sin embargo, otros experimentos de neutrinos que funcionan de manera diferente a LSND y MiniBooNE no han logrado producir una señal clara del supuesto neutrino estéril. «Es una maldición de este negocio que algunos experimentos vean algo mientras que otros no», dijo Werner Rodejohann, del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg, Alemania.

Si los neutrinos estériles explican los nuevos resultados, los físicos luchan por ver cómo las propiedades de estas nuevas partículas pueden ser compatibles con todo lo demás que conocemos. Quizás lo más preocupante de todo es que las observaciones cosmológicas de la luz del universo primitivo indican que solo existían tres sabores de neutrinos. Para dar sentido a LSND, MiniBooNE y todos los demás experimentos hasta la fecha, «se necesita un marco teórico completamente nuevo», dijo Slosar.

Además, el neutrino estéril particular que podría hipotéticamente ajustarse a los datos de MiniBooNE no resuelve ninguno de los misterios que llevaron a los físicos a teorizar acerca de tales partículas en primer lugar. Si es lo suficientemente pesado, los neutrinos estériles podrían servir como la «materia oscura» invisible que aparentemente envuelve a las galaxias. Y explicarían por qué los neutrinos de electrones, muones y tau son tan livianos, a través de un truco matemático llamado mecanismo de balancín. Pero a menos de 1 electrón voltio, el supuesto neutrino estéril MiniBooNE carece del peso para estos otros fines. «No tendríamos motivos para esperar neutrinos estériles 1-eV», dijo Matthew Buckley , físico de partículas de la Universidad de Rutgers. «No es que esto haya detenido al universo de agregar nuevas partículas en el pasado».

La confusión ha llevado a muchos expertos a frenar su optimismo y sospechar que tanto MiniBooNE como LSND han sido víctimas de algún error desconocido. Freya Blekman , físico de la Universidad Libre de Bruselas, argumenta que los experimentos pueden haber subestimado sistemáticamente la velocidad a la que las partículas llamadas piones neutros se descomponen dentro del tanque de aceite de MiniBooNE, eventos que imitan la señal de los neutrinos electrónicos.

Fuente QuantaMagazine.org, traducido por mundooculto.es