Experimento T2K descubre nueva oscilación de neutrinos

protones

Última sección del acelerador en Tokai usado para crear neutrinos en el experimento T2K

Los neutrinos son un tema común en este sitio, me declaro culpable: son mis partículas favoritas, son misteriosos, difíciles de observar, son las únicas partículas que no se ajustan al modelo estándar, nos atraviesan de cabeza a pies durante el día, aparecen bajo nuestras camas de noche… y muchos científicos piensan que los neutrinos pueden ser la clave del imbalance de materia y antimateria en el universo temprano, luego del big bang, es decir, los neutrinos podrían ser el motivo por el cual nuestro universo como lo conocemos existe.

Hoy los neutrinos hacen noticia. La colaboración internacional T2K ha confirmado un nuevo tipo de oscilación con una significancia de 7.5σ. (anuncio oficial) Hace dos años el mismo experimento ya había mostrado señales de este fenómeno, pero con una significancia de sólo 2.5σ. Ahora T2K habla de descubrimiento.

Existen tres tipos de neutrinos, o sabores como le llaman los físicos, denotados por \nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau. Cuando un neutrino de un sabor de propaga cambia de sabor, es decir, un \nu_\mu puede transformase en un \nu_\tau luego de viajar cierta distancia. Este fenómeno ha sido observado durante la pasada década por lo que sabemos que es real. El año pasado uno de los resultados más importantes (además del descubrimiento del bosón de Higgs) fue el descubrimiento de la oscilación de antineutrinos en reactores nucleares por el experimento Daya Bay (en China), confirmado al poco tiempo por el experimento RENO (en Corea). En reactores nucleares lo que se observa es que el número de antineutrinos electrónicos (\bar\nu_e) creados en las reacciones en el centro del reactor disminuye al alejarse del reactor. Los físicos llaman a esto un proceso de desaparición de neutrinos y lo expliqué en su momento con la analogía de la desaparición de mi helado de vainilla.
La desaparición de antineutrinos en reactores nucleares constituye una medida directa de un parámetro en la teoría (llamado ángulo \theta_{13}), que es clave en la posibilidad de que los neutrinos sean los culpables de que exista algo en vez de nada (los físicos llaman a esto violación CP, que discutí hace un tiempo).

El experimento T2K

Diferentes experimentos se han diseñado para estudiar \theta_{13}, por un lado están los experimentos que usan antineutrinos generados por plantas nucleares, otro método consiste en producir un haz de \nu_\mu y tratar de medir si algún \nu_e aparece luego de cierta distancia. Esto es justamente lo que el experimento T2K en Japón estudia. El experimento funciona así: se aceleran protones hasta alcanzar altas energías con los que se bombardea una barra de grafito que produce otras partículas cargadas (llamadas mesones) que se desintegran rápidamente en \nu_\mu. Antes de desintegrarse estos mesones son alineados con campos magnéticos, de esta manera al desintegrarse los \nu_\mu se moverán todos en la misma dirección. Todo esto se realiza en  J-PARC, laboratorio de física de partículas ubicado en Tokai, al este de Japón. Allí los neutrinos son disparados bajo la superficie terrestre donde luego de 295 km se encuentran con un detector gigante llamado Super-Kamiokande (SK para los amigos), ubicado al oeste de Japón en un laboratorio subterráneo llamado Kamioka. De allí el nombre del experimento: Tokai to Kamioka=T2K. SK es un detector gigantesco donde se miden los  \nu_\mu provenientes de Tokai. SK también puede medir  \nu_e por lo cual ya tenemos lo básico para medir  \nu_\mu oscilando en  \nu_e. Dado que se espera que algún \nu_e aparezca en el haz de  \nu_\mu, los físicos llaman a este proceso  ‘\nu_e appearance’.

Neutrinos recorren 295 km bajo tierra desde J-PARC en Tokai hasta SK

Como mencionábamos, el resultado de este experimento depende del valor de \theta_{13}, si este ángulo es cero entonces los cálculos muestran que dado el tiempo que T2K lleva funcionando unos 5 \nu_e deberían aparecer en SK (debido a contaminación en el haz de neutrinos). Esta mañana miembros de T2K han anunciado en la Conferencia Europea de Física de Altas Energías en Estocolmo que 28 \nu_e han sido registrados por SK lo que indicaría que \theta_{13} no es cero (con una significancia de 7.5σ). Físicamente este resultado muestra que algunos \nu_\mu oscilaron en el camino desde Tokai convirtiéndose en \nu_e al llegar a SK. Este tipo de oscilación no había sido observado antes, hasta hoy sólo había señales poco significativas. Además confirma que el modelo de neutrinos masivos (que no es parte del modelo estándar) funciona a la perfección.

Así se ven los efectos de un neutrino electrónico en SK

Así se ven los efectos de un neutrino electrónico en SK (cualquier parecido con nuestra imagen de fondo en Facebook no es coincidencia).

Ahora que tenemos completa seguridad (estamos 99.9999999999936% seguros de que es así) de que \theta_{13} no es cero, la posibilidad de que los neutrinos podrían en el futuro ser declarados culpables por el imbalance de materia-antimateria en el universo aumenta. Es temprano para afirmarlo, pero al menos la posibilidad de verificar esta afirmación ahora existe.

Imágenes: T2K

Acerca de Jorge Diaz

Jorge es Investigador Postdoctoral en el Karlsruher Institut für Technologie, Alemania. Se dedica a la Astrofísica de Partículas estudiando neutrinos, rayos cósmicos y fotones de alta energía. Obtuvo su Ph.D. en Física de Partículas en Indiana University, Estados Unidos. En Twitter: @jsdiaz_
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14 respuestas a Experimento T2K descubre nueva oscilación de neutrinos

  1. amarashiki dijo:

    Excelente noticia, sobre todo para los japoneses. Después de su megaterremoto, supongo que cosas así ayudan a levantarles el ánimo colectivo que poseen. No me imagino que algo así pasara en España. Relacionado con Japón y HEP, según la reciente charla de Sean Carroll sobre el futuro de la Física, parece que los japos están dispuestos a pagar por el ILC, ¿sabes algo al respecto? Estoy haciendo un hilo de neutrinos en mi blog ahora, y será largo… Dentro de unos posts me meteré de lleno con oscilaciones de neutrinos. A ver qué tal se me da la cosa. Un saludo y enhorabuena por la entrada. Es muy buena. :).

    • Jorge Diaz dijo:

      Hola amarashiki,
      el terremoto de 2011 atrasó estos resultados ya que al encontrarse en la costa este de Japón, las instalaciones de J-PARC en Tokai se vieron parcialmente afectadas.
      Japón está apostando como sede del ILC aunque pide apoyo internacional. En este momento hay dos ciudades en Japón que quieren ser sede y están en campaña para ello. Te puede interesar este artículo “The ILC through two lenses”, sobre este tema. Además se ha implementado una página web muy buena con información actualizada sobre los estudios del ILC, te la dejo: “ILC Newsletter”.

  2. amarashiki dijo:

    Sí, sabía lo de Tokai, y había visto alguno de los vídeos de los enlaces que me pasan. Personalmente, también prefiero que les den las Olimpiadas de 2020. En España sólo servirían para otro pufo en Madrid, no sé si me explico. Ojalá de una vez sepan en mi país en qué se tiene que apostar, no sólo ladrillo, timos como EuroVegas, y cosas absurdas que te podría contar.
    No sabía lo del ILC newsletter, gracias.
    Quizás te escriba en otro momento unos mensajes privador por twitter, en Agosto. Ahora me voy unos días a Bilbao, que necesito meditar sobre qué camino seguir en mi vida (nada claro qué debo hacer).
    Un saludo.

  3. Pingback: El nuevo resultado del experimento japonés T2K sobre los neutrinos | Francis (th)E mule Science's News

  4. Tom Wood dijo:

    “Los neutrinos son un tema común en este sitio, me declaro culpable: son mis partículas favoritas, son misteriosos, difíciles de observar, son las únicas partículas que no se ajustan al modelo estándar, nos atraviesan de cabeza a pies durante el día, aparecen bajo nuestras camas de noche… y muchos científicos piensan que los neutrinos pueden ser la clave del imbalance de materia y antimateria en el universo temprano, luego del big bang, es decir, los neutrinos podrían ser el motivo por el cual nuestro universo como lo conocemos existe.”

    Mi idea es que de neutrino nadie sabe nada, solo que existen,…

    Rapidito: Analicemos esto de forma bien simple, pero como siempre, físicamente. Tenemos al menos tres neutrinos (y sus respectivos antineutrinos,… además los estériles,…). Dada la baja interacción de los neutrinos con la materia y gracias a que los detectas; puedes considerar que son partículas libres, que viajan libremente, hasta producirse el destello de la interacción y esta ser captada por los fotomultiplicadores,…. Es decir, no pertenecen a ESTADOS LIGADOS.
    Ahora, ¿esta fuera de toda duda de que estas partículas tengan la misma energía o masa en reposo? (algo que par mi no queda claro a través de los experimentos con reactores,… pero ese no es el punto que quiero analizar, quiero ser simple,…). Sino fueran la misma partícula, o fueran indistinguibles,… pero eso no ocurre así.
    Ahora, si un neutrino oscila en otro y el otro es una partícula con masa en reposo diferente y además viajan libremente (no pueden extraer energía de la ligadura): entonces cuando un neutrino oscila a otro; ¿se viola la ley de conservación de la energía? (del momento lineal y angular también,…). ¿De donde saca energía para ser otra partícula?
    Y si un neutrino de mayor energía en reposo, oscila a otro de menor energía: ¿Debería emitir energía, o viceversa?
    ¿No es la oscilación de neutrinos un parche, par justificar un modelo solar incompleto? Es decir, no debíamos considerar los valores experimentales, de los neutrinos solares, como lo verdadero y el modelo como lo que tiene problema, como lo que debe ajustarse. ¿Qué es lo absoluto, lo inmutable, la naturaleza, los resultados experiméntales o los modelos?
    ¿Si los neutrinos no pertenecen a estados ligados,… por que se aplican conceptos de los mismos, para decir que son masivos (aclaro: no estoy en contra de que la tengan o no)?
    Si los neutrinos son partículas que atraviesan la tierra fácilmente, y estos experimentos detectan tan poquitos: ¿No podrían ser esos neutrinos, provenientes de otras fuentes (cosmológicas,…), alineadas con el experimento? ¿Puede saber alguien claramente que no es así?

    ¿3,39 (desgraciadamente para muchos, casi a la mitad de 3 y 4) familias de neutrinos medidas por Planck, no es un dato experimental, lo suficientemente ambiguo para un universo como el nuestro; como para que pensemos que no existe relación del CMB y el hipotético Big Bang? O como mínimo, o como en otros tantos casos, en una física que se respete, estas medidas de Planck carecen de significado físico?

  5. Pingback: Experimento T2K descubre nueva oscilació...

  6. creo que es muy dificil explicar claramente lo de los neutrinos, porque no se pueden explicar como particulas, bueno lo que les quiero comentar es que, tengo una teoria y una ecuacion que me lleva ha decir lo siguiente, la materia el espacio o vacio, el tiempo y la energia tienen como base la misma substancia, o sea que estan hechos de lo mismo, es por eso que el vacio absoluto no existe, el que todos llaman vacio es una substancia que se estira y se encoge, creo que no estamos preparados para entender algo asi, mas sin embargo si lo entendieran entonces descubririan la antigravedad y la forma de viajar en el tiempo y van ha llegar a una conclusion, que la mejor forma para vencer la gravedad el espacio y el tiempo es la forma esferica acompañado de ????????????? algun dia se los explico solo que en mi pais no pagan por pensar o descubrir ecuaciones matematicas o formulas cientificas entonces tengo que trabajar la proxima tengo una sorpresa para los cientificos.

  7. robert robeira dijo:

    es todo una reverenda mierda

  8. Pingback: ¿Cómo atrapar un neutrino? | Conexión causal

  9. Albert dijo:

    Premio Nobel de Física 2015:
    T. Kajita, (Super-Kamiokande) y A B McDonald (Sudbury Neutrino Observatory, Queen’s University, Ontario, Canada)
    Por sus descubrimientos de las oscilaciones de neutrinos.

  10. Pingback: Premio Nobel de Física 2015: oscilación de neutrinos | Conexión causal

  11. Pingback: El Premio Nobel de Física de 2015 en @paciencianostra | Los Mundos de Brana

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