La masa de esta partícula elemental es la última que queda por establecer dentro del modelo estándar de la física
Un espectacular experimento con forma de zepelín acaba de obtener la medida más precisa de la masa del neutrino, la única partícula elemental que queda por medir de esta forma.
La investigación ha determinado que esta partícula tiene una masa de 0,45 electronvoltios (eV), un millón de veces menor que la segunda partícula subatómica más ligera conocida: el electrón.
Los nuevos datos han sido obtenidos por el Experimento de Neutrinos con Tritio de Karlsruhe, Alemania (Katrin), referente de la mejor ciencia mundial. Los hallazgos establecen un límite superior de la masa de esta esquiva partícula, aunque por ahora no permiten determinarla.
Los neutrinos son la segunda partícula más abundante en el universo después del fotón, que compone la luz y no tiene masa.
Cada segundo, unos 100 billones de neutrinos nos atraviesan sin que nada suceda.
La llamada partícula fantasma no tiene carga, y rara vez interactúa con otras, por lo que son capaces de viajar por el universo durante miles de millones de años.
Esto les convierte en un objeto interesantísimo para los científicos que intentan comprender algunos de los fenómenos más violentos del cosmos, como los agujeros negros y las explosiones estelares, que generan estas partículas.
También son mensajeros llegados desde el origen del universo, antes incluso de que existiese la luz, pues cada centímetro cúbico del cosmos contiene unos 300 neutrinos que aparecieron tras el Big Bang, hace 13.700 millones de años.
La masa del neutrino es uno de los mayores enigmas de la física actual. El actual modelo que define la materia convencional está compuesto por 17 partículas elementales —quarks, electrones, gluones, bosones—
Este modelo asume que la masa del neutrino es nula.
Pero desde hace un par de décadas se sabe que esto es imposible.
El neutrino existe en tres formas o sabores diferentes, y a medida que se desplazan van cambiando de una forma a otra.
Esta oscilación implica que al menos alguna de sus formas tiene masa, por pequeña que sea.
El corazón de Katrin es un espectrómetro de 24 metros de largo y 10 de ancho, el mayor de la Tierra.
La instalación actúa como una enorme cámara de vacío donde se introduce tritio, un gas radiactivo.
Este material se desintegra de forma que uno de sus neutrones se transforma en un protón y emite un electrón y un neutrino.
Esta última partícula es imposible de detectar, pero sí se puede inferir su masa calculando la energía que tiene el electrón y asumiendo que lo que falta es más o menos la masa del neutrino.
Durante 259 días entre 2019 y 2021, la colaboración Katrin —formada por Alemania, Reino Unido, la República Checa y Estados Unidos— midió la energía de aproximadamente 36 millones de electrones, un conjunto de datos seis veces mayor que en ensayos anteriores.
Los resultados marcan el límite superior más estricto de la masa del neutrino, esos 0.45 electronvoltios, con un nivel de confianza del 90%.
Este resultado representa la tercera mejora del límite de la masa de esta partícula.
"La campaña de medición de la masa del neutrino del experimento Katrin finalizará en 2025 tras alcanzar los 1.000 días de adquisición de datos," escribe la física Loredana Gastaldo en un artículo complementario publicado por Science.
El análisis del conjunto completo de datos obtenido de este gran proyecto permitirá estimar la masa efectiva del neutrino electrónico cerca del valor proyectado de 0,3 electronvoltios, con un nivel de confianza del 90%.", añade.
Estas mediciones pueden permitir saber "si existen partículas hipotéticas como el neutrino estéril [llamado así porque no interactúa con la materia en absoluto] así como neutrinos que aparecieron con el nacimiento del universo", destaca.
El físico Juande Zornoza, , explica que este nuevo acotamiento es "importante". "Siendo el neutrino una partícula fundamental del modelo estándar, y además muy especial y abundante, queremos saber todas sus propiedades, y la masa es una de las más importantes", razona.
La masa "es una de sus propiedades más anómalas, porque es muy pequeña.
Entender por qué es relevante porque puede apuntar a algún mecanismo distinto de cómo adquieren masa otras partículas.
El hallazgo que se presenta este miércoles lo que dice es que no han podido medir la masa exacta, pero sí establecer su límite superior.
Con más estadística, podrán bajar un poco más ese límite o tener por fin una medida positiva de la masa, pero para eso necesitan más datos",
Segub Wikipedia
Un Neutrino es;
El neutrino (término que en italiano significa ‘neutrón pequeño’), descubierto por Clyde Cowman y Federick Reines, es una partícula subatómica de tipo fermiónico, sin carga y con espín ½. Desde principios del siglo XXI, después de varios experimentos llevados a cabo en las instalaciones del Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO),[2] en Canadá, y en el Super-Kamiokande en Japón, entre otros, se sabe, contrariando al modelo electrodébil, que estas partículas tienen masa, pero muy pequeña, y que es muy difícil medirla. Hasta 2016, la cota superior de la masa de los neutrinos es 5,5 eV/c2, lo que significa menos de una milmillonésima parte de la masa de un átomo de hidrógeno.[3] Su conclusión se basa en el análisis de la distribución de galaxias en el universo y es, según afirman estos científicos, la medida más precisa hasta ahora de la masa del neutrino. Además, su interacción con las demás partículas es mínima, por lo que pasan a través de la materia ordinaria sin apenas perturbarla.
Un fenómeno conocido como oscilación de neutrinos, esto es, la posibilidad de transformaciones entre los tres tipos de neutrinos existentes, implica que los neutrinos tienen masa, y eso tiene importantes consecuencias en el modelo estándar de la física de partículas. En el modelo estándar los neutrinos no tienen masa y, por tanto, debe modificarse.
En todo caso, los neutrinos no se ven afectados por la fuerza electromagnética ni la nuclear fuerte, pero sí por la fuerza nuclear débil y por la gravitatoria.[cita requerida]
La existencia del neutrino fue propuesta en 1930 por el físico Wolfgang Pauli para compensar la aparente pérdida de energía y momento lineal en la desintegración β de los neutrones según la siguiente ecuación:
Wolfgang Pauli interpretó que tanto la masa como la energía serían conservadas si una partícula hipotética denominada «neutrino» participase en la desintegración incorporando las cantidades perdidas. Desafortunadamente, esta partícula hipotéticamente prevista había de ser sin masa, ni carga, ni interacción fuerte, por lo que no se podía detectar con los medios de la época. Esto era el resultado de una sección eficaz muy reducida (). Durante 25 años, la idea de la existencia de esta partícula solo se estableció de forma hipotética.
De hecho, es muy pequeña la posibilidad de que un neutrino interactúe con la materia ya que, según los cálculos de física cuántica, sería necesario un bloque de plomo de una longitud de un año luz (9,46 billones de kilómetros) para detener la mitad de los neutrinos que lo atravesaran.
En 1956 Clyde Cowan y Frederick Reines demostraron su existencia experimentalmente. Lo hicieron bombardeando agua pura con un haz de 1018 neutrones por segundo. Observaron la emisión subsiguiente de fotones, quedando así determinada su existencia. A este ensayo, se le denomina experimento del neutrino.
En 1962 Leon Max Lederman, Melvin Schwartz y Jack Steinberger mostraron que existía más de un tipo de neutrino al detectar por primera vez al neutrino muónico. En el año 2000 fue anunciado por parte de la Colaboración DONUT en Fermilab el descubrimiento del neutrino tauónico. Su existencia ya había sido predicha, puesto que los resultados del decaimiento del bosón Z medidos por LEP en CERN eran compatibles con la existencia de 3 neutrinos.
En septiembre de 2011, la colaboración OPERA anunció que el análisis de las medidas para la velocidad de los neutrinos en su experimento arrojaba valores superlumínicos. En particular, la velocidad de una cierta clase de neutrino podría ser un 0,002 % mayor que la de la luz,[4][5] constituyendo la anomalía de neutrinos superlumínicos, en contradicción con la teoría de la relatividad. Sin embargo, el mismo organismo reconoció meses después que a la hora de la medida de la distancia recorrida por los neutrinos hubo un fallo en el sistema de posicionamiento (GPS), al tener un cable desconectado, por lo que la medida de la velocidad superlumínica ha sido descartada.[6]
Clases
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Existen tres tipos de neutrinos asociados a cada una de las familias leptónicas (o sabores): neutrino electrónico ( ), neutrino muónico ( ) y neutrino tauónico ( ) más sus respectivas antipartículas.
Los neutrinos pueden pasar de una familia a otra (es decir, cambiar de sabor) en un proceso conocido como oscilación de neutrinos. La oscilación entre las distintas familias se produce aleatoriamente, y la probabilidad de cambio parece ser más alta en un medio material que en el vacío. Dada la aleatoriedad del proceso, las proporciones entre cada uno de los sabores tienden a repartirse por igual (1/3 del total para cada tipo de neutrino) a medida que se producen sucesivas oscilaciones. Fue este hecho el que permitió considerar por primera vez la oscilación de los neutrinos, ya que al observar los neutrinos procedentes del Sol (que deberían ser principalmente electrónicos) se encontró que solo llegaban un tercio de los esperados. Los dos tercios que faltaban habían oscilado a los otros dos sabores y por tanto no fueron detectados. Esto es el llamado «Problema de los neutrinos solares».
La oscilación de los neutrinos implica directamente que estos tienen una masa no nula, ya que el paso de un sabor a otro solo puede darse en partículas masivas. Esto se debe a que, para partículas de masa nula, el tiempo propio es cero, lo que implica que desde el punto de vista de la partícula toda la trayectoria es recorrida en el mismo instante de tiempo, lo que no da margen a un cambio de estado en algún punto de ella.
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