Un experimento en el laboratorio nacional de aceleradores. Enrico Fermi (Fermilab) cerca de Chicago descubrió muchos más neutrinos de electrones de lo previsto. Este evento puede convertirse en un mensajero de una partícula elemental completamente nueva, un neutrino estéril , aunque muchos físicos siguen siendo escépticos.
En el tanque MiniBooNE, las fotocélulas captan la luz que aparece cuando los neutrinos interactúan con los núcleos atómicos.Los físicos están sorprendidos y conmocionados por el nuevo
informe del experimento de
neutrinos Fermilab. El experimento
MiniBooNE encontró muchos más neutrinos de cierto tipo de lo esperado, y la forma más fácil de explicar este fenómeno es la existencia de una nueva partícula elemental: un neutrino estéril, una partícula aún más secreta y extraña que los tres tipos conocidos de neutrinos. El resultado, aparentemente, confirma los resultados anómalos del antiguo experimento, para confirmar qué MiniBooNE se construyó.
La persistencia de la anomalía del neutrino es muy agradable para los físicos, dijo
Scott Dodelson, de la Universidad Carnegie Mallon. Esto "dice que algo realmente interesante está
sucediendo ", agregó
Anzee Slozar, del
Laboratorio Nacional Brookhaven.
Pero qué exactamente, nadie puede decir.
"Estaba muy interesado en el resultado, pero no estoy listo para gritar" ¡Eureka! ", Dijo
Janet Conrad , especialista en física de neutrinos en el MIT, y miembro de la colaboración MiniBooNE.
La existencia de neutrinos estériles revolucionaría la física en todos los niveles. Finalmente violaría el
Modelo Estándar de Física de Partículas, que se ha mantenido desde la década de 1970. También requeriría un "nuevo modelo estándar de cosmología", dijo Dodelson. "Hay otras grietas en la imagen estándar del mundo", agregó. "La paradoja de los neutrinos puede abrirnos el camino a un modelo nuevo y mejorado".
Los neutrinos son partículas diminutas, y miles de millones de ellos pasan a través de nuestros cuerpos cada segundo, pero rara vez de alguna manera interactúan con ellos. Constantemente
fluctúan entre tres "variedades": electrónica, muón y tau. En un experimento MiniBooNE, un haz de neutrinos de muón se dispara en dirección a un tanque gigante de
petróleo . En el camino al tanque, algunos de los neutrinos muónicos deben convertirse en electrónicos a una velocidad determinada por su diferencia de masa. MiniBooNE luego rastrea la llegada de neutrinos de electrones que producen explosiones características de radiación en esos casos raros cuando interactúan con las moléculas de aceite. Durante los 15 años de operación, MiniBooNE ha registrado varios cientos de neutrinos de electrones más de lo esperado.
La explicación más simple para esta cantidad inesperadamente grande sería que algunos neutrinos muónicos oscilan en otro neutrino más pesado, una variedad estéril que no interactúa con nada más que neutrinos, y que algunos de estos neutrinos estériles pesados luego oscilan en electrones. Una gran diferencia de masa conduce a más oscilaciones y más detecciones.
El tanque MiniBooNE tiene 12 m de diámetro y está revestido con 1520 fotocélulas.Un contador de centelleo de neutrinos líquidos (LSND) en Los Alamos descubrió una anomalía similar en la década de 1990, que requirió la construcción del MiniBooNE. Sin embargo, en otros experimentos con neutrinos, que funcionan en otros principios que LSND y MiniBooNE, no pudieron encontrar signos claros de la presencia de los presuntos neutrinos estériles. "Esta es la maldición de nuestro trabajo: algunos experimentos ven algo, mientras que otros no lo ven", dijo
Werner Rodeyokhan, del Instituto Max Planck de Física Nuclear.
Si los neutrinos estériles son la explicación de los nuevos resultados, entonces los físicos aún no pueden descubrir cómo combinar las propiedades de estas nuevas partículas con todo lo demás que conocemos. Quizás el hecho más desagradable es que al observar la luz que nos llega del Universo temprano, significa que en ese momento solo había tres variedades de neutrinos. Para comprender el significado de los resultados de LSND, MiniBooNE y otros experimentos, "se requiere una plataforma teórica completamente nueva", dijo Slozar.
Además, específicamente aquellos neutrinos estériles que hipotéticamente son capaces de encajar en los datos obtenidos en el MiniBooNE no resuelven ningún acertijo, por lo que los físicos generalmente comenzaron a construir teorías sobre la existencia de tales partículas. Los neutrinos estériles, al ser bastante pesados, podrían explicar la invisible "materia oscura", que, aparentemente, envuelve a las galaxias. Explicarían por qué los neutrinos electrónicos, muones y tau son tan livianos utilizando un truco matemático llamado mecanismo de
balancín . Pero con una masa de menos de 1 eV, el supuesto neutrino estéril en el MiniBooNE carece de masa para los fines descritos. "No tendríamos ninguna razón para esperar neutrinos estériles [en masa] 1 eV", dijo
Matthew Buckley , especialista en física de partículas de la Universidad de Rutgers. "Pero no es que en el pasado el Universo le impidiera agregar nuevas partículas".
La confusión llevó a muchos expertos a contener el optimismo y comenzar a sospechar que MiniBooNE y LSND fueron víctimas de un error desconocido.
Freya Blackman , física de la Universidad Libre de Bruselas, argumenta que los experimentos podrían subestimar sistemáticamente la velocidad a la que las peonías neutrales se descomponen en un tanque de aceite MiniBooNE, y estos eventos imitan las señales de los neutrinos de electrones.
"Está claro que hay algo que resolver aquí, y espero que resulte ser el cuarto neutrino", dijo
Neil Weiner , físico teórico de la Universidad de Nueva York. "Dado esto, recordamos que esta sería la primera partícula en abrirse más allá del Modelo Estándar, por lo que el umbral para probar su existencia es obviamente muy alto". Por ahora, dijo: "Me inclino por el enfoque de 'espera, mira'.
Una respuesta más definitiva aparecerá en futuros experimentos, incluyendo
IsoDAR propuesto por Conrad y muchos de sus colegas. En lugar de contar el número de neutrinos de cierto tipo al final del haz, verá cómo los neutrinos oscilan entre diferentes variedades durante el viaje, lo que dará una imagen más completa de las oscilaciones. "Todavía no pondría mi dinero en este proyecto, porque este exceso de neutrinos es solo un punto en el calendario", dijo Conrad. "¿Qué pasa si la mancha podría ser causada por otra cosa?" Para estar realmente convencido de esto, necesito ver estas fluctuaciones predichas con buena significación estadística ".