Los neutrinos que pasan por el núcleo de la tierra no muestran esterilidad
En física, periódicamente aparecen alusiones seductoras a la existencia de neutrinos estériles (inertes), el cuarto tipo teórico de neutrinos, que difiere de los otros tres predichos por el Modelo Estándar. Los investigadores están tratando de encontrarlo usando el observatorio de neutrinos IceCube (Ice Cube). Este es un potente detector de neutrinos en la Antártida, capaz de reconocer los neutrinos provenientes del espacio exterior . ¿Podría suceder que descubramos esta partícula y nos precipitemos en una nueva y emocionante era de la física?No Las búsquedas en IceCube no condujeron a nada, a juzgar por los resultados publicados a principios de agosto de 2016. La ausencia de detecciones no significa que no existan neutrinos estériles, sino que les impone las restricciones más estrictas, reduciendo en gran medida el rango de energías posibles y determinando la dirección de futuras búsquedas.Si se encontraran neutrinos estériles, explicarían las anomalías en estudios antiguos, descubrirían nuevas físicas fuera del Modelo Estándar y proporcionarían pistas sobre misterios como la naturaleza de la materia oscura y el desequilibrio entre la materia y la antimateria en el universo. "Si agrega un cuarto neutrino, todo cambia", dice Francis Halzen, gerente de proyecto y coautor de IceCube.Presencia fantasma
Para sentir la naturaleza de los neutrinos, solo debes imaginar que durante el tiempo que lees esta oración, al menos 100 billones de neutrinos pasaron por tu cuerpo. Atraviesan la materia sólida sin resistencia, ya que no interactúan a través de las fuerzas electromagnéticas. Las fuerzas electromagnéticas, entre otras cosas, conectan los átomos de su cuerpo y evitan que caiga al suelo.Una de las razones de la posibilidad de detectar neutrinos es que están sujetos a interacciones nucleares débiles. Tales interacciones ocurren muy raramente: un neutrino choca con un átomo a medida que pasa a través de la materia, lo que resulta en un destello. Esto también se observa en los modernos detectores de neutrinos, incluido IceCube.Los neutrinos estériles serían aún más fantasmales que los neutrinos comunes, ya que ni siquiera experimentan una interacción débil, por lo que es imposible detectarlos de esta manera. Tienen masa, por lo que interactúan a través de la gravedad, pero no se puede construir un detector sobre este principio. Los neutrinos estériles pueden volar a través de su cuerpo en este momento, pero no hay forma de saberlo. Al menos directamente.A quién llamar para pedir ayuda
Esto no significa que estemos condenados a la ignorancia eterna. Los neutrinos oscilan constantemente y cambian sus "aromas": cambian entre los estados de neutrinos electrónicos, neutrinos muones y neutrinos tau. Los neutrinos estériles pueden convertirse en neutrinos comunes, lo que permite detectar su presencia.Los neutrinos que pasan a través de materia muy densa, como el núcleo de la Tierra, a menudo interactúan con la materia. Debido a esto, su patrón de oscilación cambia y entran en resonancia, lo que aumenta las posibilidades de su transformación en neutrinos estériles, por lo que los investigadores están buscando neutrinos que vengan en un ángulo que indique su paso a través del núcleo de la tierra y que entren más en el detector. Tales neutrinos aparecen en la atmósfera sobre el hemisferio norte debido a la radiación cósmica, y luego pasan a través del planeta y caen en el IceCube."Las oscilaciones mezclan los cuatro sabores que tienen neutrinos estériles y todos los otros sabores, por lo que si juegas con uno de ellos, afectará a todos los demás", dice Halzen.Los neutrinos que se han vuelto estériles eventualmente desaparecerán, no aparecerán en el detector. Si varios neutrinos que pasan por el núcleo se convierten en estériles, entonces habrá una disminución en la energía de los neutrinos muónicos entrantes, justo en el lugar correspondiente a la masa de neutrinos estériles.Afortunadamente, esta energía, del orden de 1 TeV, cae fácilmente en la sensibilidad IceCube, cubriendo energías de 10 GeV a 10 PeV. Si existieran neutrinos estériles en esta brecha energética, IceCube los habría detectado.La búsqueda cubre datos obtenidos durante dos años, durante los cuales los neutrinos que se mueven en la dirección correcta se capturan cada seis minutos. Los datos fueron analizados por dos grupos independientes que llegaron a la misma conclusión: no se detectó caída de energía en los neutrinos de muón, lo que indicaría la presencia de los estériles.Adivinanzas y oportunidades
Al principio se creía que los neutrinos no tienen masa y se mueven a la velocidad de la luz. Esto es predicho por el modelo estándar. Pero después de 30 años de incertidumbre, se descubrieron oscilaciones de neutrinos. Para las partículas sin masa, serían imposibles, por lo que tienen masa."Hasta ahora, esta es la única señal de que el modelo estándar no está completo", dice Halzen. - Debe haber física fuera del modelo estándar. Específicamente, la nueva física debe esconderse en un neutrino y ayudará a explicar los misterios más grandes de nuestro tiempo ".Estos acertijos, en particular, la existencia de materia oscura y el desequilibrio entre materia y antimateria en el Universo, son parte de la motivación para los físicos que realizan búsquedas fuera del Modelo Estándar. Aunque el Modelo Estándar es sorprendentemente exitoso, no pudo cubrir grandes partes del Universo. "Los neutrinos estériles podrían ser una forma de comprender estas tareas", dice Halzen.El Gran Colisionador de Hadrones también se usa para encontrar caminos fuera del Modelo Estándar, y recientemente tampoco pudo detectar rastros de una nueva partícula que parecía tan prometedora el año pasado . "Los expertos en neutrinos y LHC están atacando simultáneamente el Modelo Estándar en busca de nuevas ramas de la física", dice Halzen.Camino a seguir
La falla en la detección de neutrinos estériles no cancela su existencia, pero cada vez que la búsqueda no los encuentra, la fe en su existencia disminuye. "La gente ve indicios de la existencia de neutrinos estériles en todas partes, como indicios de que Elvis está vivo", dice Halzen. "Hay una serie de pistas y los teóricos confían en su existencia".Gracias a estas valiosas recompensas, los investigadores aún no están listos para rendirse. "En ausencia de descubrimientos, continuamos buscando de todos modos y, por supuesto, IceCube estudia neutrinos en un amplio rango dinámico, y continuaremos estudiando todos estos neutrinos a todas las energías con la esperanza de que en algún lugar el Modelo Estándar se relaje y comencemos a encontrar una nueva física". - dice Haltsen en el video.Además, los investigadores han demostrado que IceCube se puede utilizar para un rango de trabajo que va más allá de la simple búsqueda de neutrinos espaciales."Este resultado subraya la versatilidad del observatorio de neutrinos", dice Olga Botner, portavoz de la colaboración IceCube y otra autora colaboradora. "Este no es solo un instrumento para estudiar el Universo intenso, sino también una oportunidad para estudiar las propiedades de los neutrinos mismos".Source: https://habr.com/ru/post/es396889/
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