El tiempo en las oscilaciones de neutrinos: ¿se puede atrapar la violación? exprés
Los neutrinos son partículas diminutas que, cada segundo, atraviesan nuestros cuerpos por miles de millones sin tocar ni un solo átomo. Tienen una propiedad misteriosa: en su camino desde el Sol o un acelerador, pueden cambiar de tipo, o "sabor", por ejemplo, de neutrino electrónico a neutrino muónico. Esta transformación, llamada oscilación, depende de la distancia que recorre la partícula y de su energía.
Normalmente, los físicos verifican si la simetría temporal se rompe comparando el comportamiento de los neutrinos con sus antípodas, los antineutrinos. Pero los autores del nuevo trabajo proponen otro camino: tomar solo neutrinos y observar cómo cambia la probabilidad de que un neutrino muónico se convierta en uno electrónico al variar la distancia al detector. Si esta probabilidad depende de la distancia de forma asimétrica —es decir, si el panorama es diferente al ir hacia adelante y hacia atrás—, entonces el tiempo "fluye" de manera distinta para los neutrinos.
Los cálculos para dos futuros experimentos —DUNE en Estados Unidos y T2HK en Japón— muestran que, juntos, podrían detectar esta violación con una confiabilidad de alrededor de 4 sigma. DUNE funciona mejor en modo solo neutrinos, mientras que T2HK es más eficaz al comparar neutrinos y antineutrinos. El segundo máximo de oscilación que verá DUNE juega un papel clave: es donde el efecto se manifiesta con mayor claridad. La energía óptima de los neutrinos para la búsqueda es de 0,68 a 0,92 gigaelectronvoltios, aproximadamente la energía de las partículas aceleradas en un pequeño acelerador.
Tal descubrimiento ayudaría a precisar la fase CP, una magnitud que describe cuánto difieren las propiedades de la materia y la antimateria. Por ahora se conoce solo de manera aproximada, y los nuevos datos podrían reducir la incertidumbre. Y lo más importante: confirmar que, en el nivel más fundamental, el tiempo no es del todo reversible.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2608.15960v1
We study the sensitivity of the DUNE and T2HK long-baseline experiments to time reversal (T) violation in neutrino oscillations. Rather than the conventional approach of exchanging initial and final neutrino flavors, we search for T violation through the $$L$$-dependence of the $$ u_\mu \to u_e$$ transition probability at fixed neutrino energy using neutrino data only. Within the standard three-flavour framework, we show that the DUNE and T2HK together can establish the presence of an $$L$$-odd component in the oscillation probability at up to $$\sim 4\sigma$$ significance, with the optimal sensitivity in the energy range $$E_ u \in [0.68, 0.92]$$ GeV. The second oscillation maximum of DUNE plays a crucial role in this analysis. We further show that DUNE is more sensitive to T violation that is running in neutrino-only mode, whereas T2HK provides better sensitivity in the conventional neutrino versus anti-neutrino comparison, making the two experiments complementary to each other in search of the CP phase $$\delta_{\rm CP}$$.
Los neutrinos son tan escurridizos que para detectarlos se construyen detectores del tamaño de un edificio de varios pisos, llenos de decenas de miles de toneladas de líquido. Y aun así, semejante gigante solo atrapa unas pocas partículas al día.
En la novela de Greg Egan "La escalera de Schild", los físicos se enfrentan a una violación de la simetría temporal en el vacío, lo que lleva a consecuencias catastróficas. Los experimentos con neutrinos son un paso modesto, pero real, hacia la comprensión de efectos similares.