oscilaciones de neutrinos

History

La idea del neutrino nació en 1930, cuando Wolfgang Pauli postuló esta partícula para explicar la pérdida de energía en la desintegración beta. Las oscilaciones fueron predichas por Bruno Pontecorvo en 1957, al suponer que los neutrinos de distintos tipos pueden transformarse unos en otros. La confirmación decisiva llegó en 1998 gracias al experimento Super-Kamiokande en Japón, que registró la transformación de los neutrinos atmosféricos.

How it works

Cada tipo de neutrino es una mezcla de tres estados cuánticos con masas diferentes. Al moverse, estos estados acumulan un desfase temporal distinto, como dos péndulos de diferente longitud que, comenzando al unísono, pierden poco a poco la sincronía. Como resultado, la composición de la mezcla cambia y vemos alternativamente un tipo u otro.

History

La idea del neutrino nació en 1930, cuando Wolfgang Pauli postuló esta partícula para explicar la pérdida de energía en la desintegración beta. Las oscilaciones fueron predichas por Bruno Pontecorvo en 1957, al suponer que los neutrinos de distintos tipos pueden transformarse unos en otros. La confirmación decisiva llegó en 1998 gracias al experimento Super-Kamiokande en Japón, que registró la transformación de los neutrinos atmosféricos.

How it works

Cada tipo de neutrino es una mezcla de tres estados cuánticos con masas diferentes. Al moverse, estos estados acumulan un desfase temporal distinto, como dos péndulos de diferente longitud que, comenzando al unísono, pierden poco a poco la sincronía. Como resultado, la composición de la mezcla cambia y vemos alternativamente un tipo u otro.

History

La existencia del neutrino fue postulada por Wolfgang Pauli en 1930 para explicar el espectro de la desintegración beta. La posibilidad de oscilaciones entre sabores de neutrinos fue considerada por primera vez por Bruno Pontecorvo en 1957. Los primeros indicios experimentales aparecieron en los años 60 en el experimento Homestake, que detectó un déficit de neutrinos solares. Las pruebas definitivas se obtuvieron en 1998 en la instalación Super-Kamiokande (para neutrinos atmosféricos) y en 2001–2002 en el Observatorio de Neutrinos de Sudbury (para los solares). Por el descubrimiento de las oscilaciones, Takaaki Kajita y Arthur McDonald fueron galardonados con el Premio Nobel de 2015.

How it works

Los estados de sabor y de masa están relacionados por la matriz unitaria U (PMNS): |ν_α⟩ = Σ_i U_{αi} |ν_i⟩. En el vacío, la probabilidad de transición del sabor α al β viene dada por la fórmula: P = | Σ_{i} U_{βi} U^*_{αi} exp(-i Δm_{i1}² L / 2E) |². En la aproximación de dos neutrinos, P = sin²(2θ) sin²(1.27 Δm² [eV²] L [km] / E [GeV]). Al moverse en la materia, por ejemplo en el Sol, la dispersión elástica con electrones añade un potencial efectivo para los neutrinos electrónicos (efecto Mijéiev–Smirnov–Wolfenstein), lo que produce una amplificación resonante de las oscilaciones. La existencia de oscilaciones demuestra la masa no nula de los neutrinos y la violación del número leptónico de sabor. El valor de la fase δ de violación CP aún se desconoce; un valor no nulo podría explicar la predominancia observada de materia sobre antimateria.

Open problems & fun facts

Medir la escala absoluta de masas de los neutrinos (las oscilaciones solo dan diferencias de cuadrados).; Determinar la fase δ de violación CP para comprobar la hipótesis sobre el origen de la asimetría bariónica.; Establecer la jerarquía de masas (normal o invertida).; Buscar neutrinos estériles, partículas que no participan en las interacciones débiles.

💡 Un haz de neutrinos muónicos, al atravesar la Tierra, se transforma en neutrinos electrónicos y tau, lo que es detectado por detectores lejanos: así funcionan los experimentos de larga línea de base, como T2K y DUNE.