Se publican en Nature indicios a 3 sigmas de la asimetría CP en la física de los neutrinos

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El experimento japonés T2K (Tokai to Kamioka) publicó en Physical Review Letters hace dos años sus «primeros indicios a 2 sigmas de la asimetría CP en la física de los neutrinos» (LCMF, 25 oct 2018). Ahora publica en Nature sus resultados a 3 sigmas (todavía muy lejos de un descubrimiento a 5 sigmas). El ángulo de asimetría δCP ∈ [−3.41, −0.03] para el orden normal de la masa de los neutrinos, y δCP ∈ [−2.54, −0.32] para el orden invertido, ambas al 99.73% C.L. (3 σ). Además se descarta que δCP = 0 y δCP = π al 95% C.L. (2 σ). Un gran resultado que augura que en la próxima década alcanzaremos una evidencia cercana de 5 sigmas y habrá un futuro Premio Nobel de Física para los neutrinos.

Te recuerdo que el modelo estándar no tiene suficiente asimetría CP en el sector hadrónico (quarks) para explicar la asimetría primordial entre materia y antimateria mediante un mecanismo de bariogénesis (solo se ha observado JCP,q = 3 × 10−5). La asimetría CP en el sector leptónico (neutrinos), gracias a un mecanismo de leptogénesis (o neutrinogénesis), permite alcanzar hasta JCP,l = 0.033 sin (δCP). Aún no sabemos si será suficiente para explicarla por completo; de hecho, ayudaría mucho que el neutrino fuera un fermión de Majorana, con lo que habría tres fuentes de asimetría CP en lugar de solo una para un fermión de Dirac.

La física de los neutrinos es la parte menos explorada y más «misteriosa» del modelo estándar. Para alcanzar una evidencia de cinco sigmas en la asimetría CP en los neutrinos habrá que esperar unos 15 años; hasta que la próxima generación de detectores de neutrinos gigantes, T2HK (Japón), que usará el detector Hyper-Kamiokande, y DUNE (Dakota del Sur, EEUU), nos ofrezcan sus resultados. Por ahora, nos tenemos que conformar con indicios a tres sigmas. El artículo es The T2K Collaboration, «Constraint on the matter–antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations,» Nature 580: 339-344 (15 Apr 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0, arXiv:1910.03887 [hep-ex] (09 Oct 2019); más información divulgativa en Silvia Pascoli, Jessica Turner, «Matter–antimatter symmetry violated,» Nature 580: 323-324 (15 Apr 2020), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-020-01000-9.

Quienes busquen una explicación para público general disfrutarán de «Un indicio de la violación de la simetría entre materia y antimateria en neutrinos», Agencia SINC, 15 abr 2020; «El experimento T2K presenta los resultados más precisos sobre las diferencias entre materia y antimateria en neutrinos», IFIC (CSIC/UV), 15 abr 2020; Teresa Guerrero, «Un experimento con neutrinos y antineutrinos para explicar la composición del universo actual», Ciencia, El Mundo, 15 abr 2020; Gonzalo López Sánchez, «Un experimento explica por qué la materia sobrevivió después del Big Bang», Ciencia, ABC, 16 abr 2020; entre muchas otras.

¿Qué es la asimetría materia-antimateria primordial? Lo he contado tantas veces que ya estarás aburrido de leerlo; si no es así, te recomiendo leer «La asimetría entre materia y antimateria», LCMF, 04 jul 2010. Resumiendo mucho, Sakharov en 1967 propuso que la asimetría CP en la interacción débil era la razón por la que observamos un universo de materia, solo con trazas de antimateria. La primera observación de la asimetría CP, donde C es la conjugación de carga (cambiar partículas por antipartículas, y P es la inversión de paridad (reflexión especular), se logró en 1964 en kaones neutros (Premio Nobel de Física de 1980 a James W. Cronin y Val L. Fitch). Sakharov tenía en mente un mecanismo de bariogénesis; pero el modelo estándar contiene una cantidad insuficiente de asimetría CP en el sector hadrónico (aunque hay muchas fuentes).

Por ello se espera que también haya asimetría CP en el sector leptónico (leptogénesis); no entre los leptones cargados que no parecen estar mezclados como los quarks, sino entre los neutrinos, que sabemos que están mezclados desde 1998, la llamada oscilación de los neutrinos. La matriz PMNS (Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata) contiene una fase δCP si los neutrinos son fermiones de Dirac y tres fases δCP si son de Majorana. ¿Será suficiente con una sola fase para explicar la asimetría materia-antimateria? Los resultados de T2K no nos permiten cuantificar con precisión cuánta asimetría CP hay, pero todo apunta a que será insuficiente. Por ello, muchos físicos especialistas en neutrinos confían en que la Naturaleza nos regale que los neutrinos son fermiones de Majorana; en dicho caso su física estaría más allá del modelo estándar (que solo contempla fermiones de Dirac). En esta década se debería resolver la cuestión de la naturaleza del neutrino.

En el experimento T2K, un haz de neutrinos (antineutrinos) generado en Tokai recorre 295 km bajo tierra hasta llegar al detector de Kamioka. Los neutrinos (antineutrinos) muónicos se generan en la colisión de un haz de protones de 30 GeV contra un blanco de grafito en el complejo de aceleradores de protones JPARC (Japan Proton Accelerator Research Complex). En el blanco e producen piones y kaones que decaen en neutrinos electrónicos y muónicos en un tubo vacío de 96 metros de longitud en el que hay unos campos magnéticos que permiten desviar las partículas según su carga; así se puede generar un haz de neutrinos o un haz de antineutrinos, los dos modos de operación que usa T2K.

En el detector Super-Kamiokande (SK) del Observatorio de Kamioka (bajo el monte Ikeno) se detectan neutrinos usando 11 000 fotomultiplicadores que rodean un enorme cilindro con 50 000 toneladas de agua ultrapura. Durante su viaje el neutrino (antineutrino), cuya energía está picada en 0.6 GeV, oscila entre muónico y electrónico, con lo que hay cierta probabilidad finita, P(νμ→νe), de que sea detectado como electrónico. Cuando un neutrino muónico (electrónico) colisiona con un neutrón de una molécula de agua, se produce un muón (electrón) que produce radiación Cherenkov (el neutrino se propaga a una velocidad mayor que la de la luz en el agua) que es detectada en los fotomultiplicadores.

Los nuevos resultados se han obtenido tras analizar las señales de neutrinos (antineutrinos) electrónicos observados entre 2009 y 2018. En modo neutrino se han colisionado 1.49 × 1021 protones contra el blanco de grafito, y en modo antineutrino 1.64 × 1021 protones. En Tokai hay dos detectores cercanos, a 280 metros del blanco, llamados INGRID y ND280, que permiten estudiar la calidad del haz de neutrinos generado. En ND280 se han detectado haces de neutrinos (antineutrinos) que equivalen a una exposición de 5.8 × 1020 (3.9 × 1020 ) protones.

Los resultados de T2K presentan una ligera preferencia hacia el orden normal (NO) de masas (89%) en lugar del orden invertido (IO), pero es insuficiente para afirmar nada con seguridad. Además del ángulo δCP se han estimado los ángulos de oscilación sin2(θ23) y sin2(2θ13) combinado los resultados de T2K con los de Daya Bay, RENO y Double Chooz (detectores de neutrinos generados por reactores nucleares). En concreto, sin2(θ23) para NO e IO; luego Δm232 = (2.45 ± 0.07) × 10−3eV2/c4 para NO y Δm213 = (2.43 ± 0.07) × 10−3eV2/c4 para IO. El ángulo de asimetría CP estimado es δCP = −1.89+0.70−0.58 para NO y δCP = −1.38+0.48−0.54 para IO al 68% (1 σ) C.L. Hay cierta preferencia hacia ángulos grandes (máxima asimetría), pero por ahora no es concluyente.

En resumen, un resultado esperado, pero no por ello menos relevante. Aún así, nos deja con cierto mal sabor de boca saber que no podremos conocer el valor del ángulo de asimetría CP asociado a la oscilación de los neutrinos hasta que opere la nueva generación de detectores de neutrinos hipergigantes (la construcción de Hyper-Kamiokande se iniciará este mes y la toma de datos se iniciará en 2027 y la de DUNE está en curso, pero no finalizará hasta 2026 como pronto). Pero como diez años pasan en un plis plas, todos acabaremos disfrutando de vivir la década de los 2020, que pasará a los libros de historia de la física del siglo XXI como la década de la física de neutrinos.

Les dejaré dos charlas, para quienes no estan familiarizados con la física de partículas del modelos estandard, y una segunda charla de la física de los neutrinos, los ayudará a entender mi posteo








Estudien los diagramas de feynman

 

[enfernando]

una wea asi entendi hermano

 

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una wea asi entendi hermano

Porque tiene que ver primero los videos que coloque po hermanite

Después con Está info se engrupe a una peuca

 

[logeid]

ah? que ?

 

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ah? que ?

no lo entendió cipadrito vea los videos y va a entenderlo pulento

 

[Jlox II]

 

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La ruptura de la simetría CP es clave para entender la existencia predominante de la materia barionica por sobre la antimateria. Una de las explicaciones de la ruptura de la simetria es la propiedad teórica que tendría el neutrino de majorana de ser su misma antiparticula. Recuerden que los neutrinos de las 3 familinas (electrónico, tauónico y muonico) no se conoce el valor exacto de su masa, pero si sabe que es varios orden de magnitud más bajo que el del electrón (de orden de una millonésima), no obstante que es pequeña su masa, no es cero, se han estimado cotas superiores a la masa esperara de este fermión por medio de las observaciones de las oscilaciones de neutrino. La doble degradación del neutron, si fuese observado, confirmaría la teoría de la existencia del neutrino fermión de mayorana (que el neutrino tiene la capacidad de ser su propia anti partícula), permitiendo esto, la ruptura de la simetria CP en el universo primigenio, dando como resultado una mayor presencia actual de la materia que conocemos (recuerden que las particulas con su respectiva antiparticulas se aniquilan mutuamente y emiten radiación) si en el Universo primigeneo no se hubiera destruido la simetria CP, hoy tendríamos un universo sin materia barionica, solo sería un universo de radiación.

Del mismo modo, la observción de la radiación de fondo de neutrino, por ser una partícula de poco interacción, nos puede mapear como era el universo desde el primer segundo, a diferencia de la radición de fondo de microondas que nos da la "foto" del univeroso cuando ya tenía 380.000 años

Espero que esta explicación les demuestre la gran relevancia de este descubrimiento

detectores de fotoliminicencia de T2k Japon

 

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El experimento T2K

Diferentes experimentos se han diseñado para estudiar

, por un lado están los experimentos que usan antineutrinos generados por plantas nucleares, otro método consiste en producir un haz de

y tratar de medir si algún

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

. Antes de desintegrarse estos mesones son alineados con campos magnéticos, de esta manera al desintegrarse los

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

provenientes de Tokai. SK también puede medir

por lo cual ya tenemos lo básico para medir

oscilando en

. Dado que se espera que algún

aparezca en el haz de

, los físicos llaman a este proceso ‘

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

, si este ángulo es cero entonces los cálculos muestran que dado el tiempo que T2K lleva funcionando unos 5

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

han sido registrados por SK lo que indicaría que

no es cero (con una significancia de 7.5σ). Físicamente este resultado muestra que algunos

oscilaron en el camino desde Tokai convirtiéndose en

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 (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

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.

 

[TieneQaceptA]

 

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Claro que es asombroso cipadrita

 

[Darkest]

¿Algui3n dij0 CP?

@Soma Sempai

 

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¿Algui3n dij0 CP?

@Soma Sempai

lo leyó cipadrito?

 

[nightelf]

@ruizvial @mirlo_azul

 

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La asimetría primordial entre materia y antimateria tiene su origen en la asimetría CP en el modelo estándar. Por ahora no hemos observado toda la asimetría CP necesaria, aunque se confía en que se oculte en la física de los neutrinos. Se acaba de publicar en Physical Review Letters la mayor fuente de asimetría CP observada hasta ahora en una sola amplitud de desintegración. LHCb ha observado una asimetría del (−66 ± 4 ± 2)% en la desintegración de mesones B cargados en un pión y una pareja de kaones, B± → π± K+ K− , tras analizar 3.0 fb−1 de colisiones pp entre 2011 y 2012 en el LHC Run 1.

En el rango de masas 5.266 < m(π± K+ K−) < 5.300 GeV/c2 se han observado 4865 eventos candidatos, de los cuales 2052 ± 102 (1566 ± 84) corresponden a desintegraciones de mesones B+ (B−). La asimetría CP se observa en el rango de masas m2(π± K+ K−) < 3.5 GeV2/c4, como se muestra en la figura que abre esta pieza; el resultado no deja lugar a dudas. Por cierto, en la desintegración más probable de los mesones B cargados, B± → π± π+ π− , no se observa ninguna asimetría CP.

 

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Cómo sabremos si el neutrino es un fermión de Majorana o de Dirac



El Premio Nobel de 2015 al descubrimiento de la existencia de masa para los neutrinos ha llevado a muchos a afirmar que se trata de física más allá del modelo estándar. Hay que tener cuidado. El modelo estándar es una teoría fenomenológica que describe las propiedades conocidas de los neutrinos; cuando se pensaba que no tenían masa, se incorporaban como partículas sin masa; ahora que sabemos que tienen masa se incorporan como partículas con masa. Stricto sensu, la masa de los neutrinos no es física más allá del modelo estándar. Ahora bien, como no sabemos si los neutrinos son partículas de Majorana o de Dirac, aún no sabemos cómo incorporar de forma definitiva la masa de los neutrinos. Hay dos posibilidades (como mínimo) y no sabemos cuál es la correcta.

La desintegración beta doble sin neutrinos (0νββ) permite decidir si el neutrino es un fermión de Majorana o de Dirac. Si es de Majorana se podrán aniquilar mutuamente dos neutrinos (ya que el neutrino y el antineutrino serán la misma partícula). Si es de Dirac, como solo hemos observado neutrinos levógiros, deben existir neutrinos dextrógiros de gran masa aún no observados. ¿Pero qué pasa si nunca observamos la desintegración 0νββ? Los experimentos de oscilación de neutrinos nos permitirán saber si la jerarquía de masas de los neutrinos es normal o invertida. En cada caso hay un límite teórico para la vida media de la desintegración 0νββ. Gracias a ello, si no se observa este fenómeno, también podremos decidir entre Majorana y Dirac.

La desintegración 0νββ de un núcleo atómico es (A, Z) → (A, Z+2) + 2 e−, que viola la conservación del número leptónico en dos unidades, ofrece un mecanismo para dar masa a los neutrinos, para explicar la asimetría entre materia y antimateria, además de ser una predicción genérica de las teorías supersimétricas. Muchos físicos opinan que los neutrinos deben ser fermiones de Majorana porque permiten matar varios pájaros con el mismo tiro. Quizás la Naturaleza les dé la razón. O quizás no.

Nos presentan la situación actual Heinrich Päs, Werner Rodejohann, «Neutrinoless Double Beta Decay,» arXiv:1507.00170 [hep-ph], y Shao-Feng Ge, Werner Rodejohann, «JUNO and Neutrinoless Double Beta Decay,» arXiv:1507.05514 [hep-ph].

Hay muchos experimentos en curso o que se iniciaran en un futuro no muy lejano cuyo objetivo es observar la desintegración 0νββ, para determinar si los neutrinos son de Majorana o de Dirac, y si su jerarquía de masas es normal o invertida. Los experimentos que estudian la oscilación de los neutrinos pueden determinar el orden de la jerarquía de masas. Si estos experimentos demuestran que la jerarquía es invertida, podremos determinar la vida media del neutrino y si los experimentos de 0νββ no observan esta desintegración sabremos que los neutrinos son partículas de Dirac.

Siendo un fenómeno muy raro, una alternativa es acotar la masa de los neutrinos con un límite inferior y un límite superior (esta acotación difiere si son partículas de Majorana o de Dirac); este camino lo siguen los experimentos KATRIN, Project 8, ECHo y MARE, así como las observaciones cosmológicas. Pero todavía no hemos logrado un límite inferior para la masa de los neutrinos.



La vida media de la desintegración doble beta de los neutrinos depende del material de detección (esta figura es para el xenón) y de si la jerarquía de masas es normal (NH) o invertida (IH). Combinando un límite para la masa de los neutrinos con un límite para la vida media de este proceso podremos determinar si los neutrinos son de Majorana o de Dirac incluso si no observamos dicho proceso. Salvo sorpresas, lo sabremos entre 2020 y 2025. Para algunos una década es mucho tiempo. Pero hemos de ser pacientes.

 

[Alzheimer]

Se ve buen tema sisterito, pero ando con una paja, así que le voy a seguir su tema.
El de los fractales lo encontré la raja

 

[S_T_R_KoL]

 

[Deggial]

@ruizvial @mirlo_azul

@sergio reyes ledesma @perrrox

 

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Cipadritos, el tema es fascinante, de la oscilación de los neutrinos podemos ver que no tienen invarianza de masa, un neutrino muónico viajar cientos de kilometro en el interior de la tierra y ser detectado como un neutrino eléctrónico, es decir pasando de una familia de mayor masa a una de menor. La teoría que propone que el neutrino puede ser un fermión de majorana o no una partícula de Dirac serpia la explicación de la ruptura de la simetría CP en el universo primigenio y porque el predominio de la materia por sobre la antimateria.

Otras respuestas aun más facinantes las podemos ver en los experimentos en el detector Minos, que establece las cotas de las dimesiones adicionales teóricas del espacio tiempo de la teoría de cuerdas, ya que teóricamente cada particula no es más que la holoproyección de una cuerda 10 dimensional (dimensiones compactificadas) en un universo tetradimensional (3 dimensiones espaciales más una dimensión temporal), estas cotas se puede estimar calculando el ángulo de oscilación de los neutrino θ12, θ13, θ23 y las cotas de sis masas v1, v2, v3 (recuerden las tres familias de neutrinos, el electrónico, el muónico y el tauónico, cada uno con mayor masa)

MINOS limita el tamaño de las dimensiones extra del espaciotiempo



El tamaño de las dimensiones extra gigantes del espaciotiempo se puede estimar de muchas formas. El detector de neutrinos MINOS del Fermilab restringe su tamaño a menos de 0,45 μm al 90% C.L. al descartar la existencia de neutrinos estériles. Para ello se interpretan estos hipotéticos neutrinos como estados de Kaluza–Klein asociados a las dimensiones extra del espaciotiempo.

MINOS ha observado entre 2005 y 2012 los neutrinos producidos por la colisión de 10,56×1020 protones contra un blanco de grafito gracias al haz NuMI del Fermilab. MINOS aventaja a otros detectores de neutrinos en este tipo de búsqueda porque tiene dos detectores, el cercano (Near) y el lejano (Far), que permiten estudiar desviaciones en el proceso de oscilación de los neutrinos que podrían ser debidas a la existencia de neutrinos estériles.

El artículo es The MINOS Collaboration, «Constraints on Large Extra Dimensions from the MINOS Experiment,» arXiv:1608.06964 [hep-ex]. El mejor límite para la masa de los neutrinos es de KamLAND-Zen Collaboration, «Search for Majorana Neutrinos near the Inverted Mass Hierarchy Region with KamLAND-Zen,» Phys. Rev. Lett. 117: 082503 (2016), doi: 10.1103/PhysRevLett.117.082503, arXiv:1605.02889 [hep-ex].




La compactificación en forma de cilindro de las dimensiones extra del espaciotiempo permite que los campos cuánticos asociados a las partículas tengan excitaciones que den una o varias vueltas completas al cilindro. Las partículas conocidas corresponden al estado fundamental, cuando no se da ninguna vuelta (no winding). Se llama estados de Kaluza–Klein a los estados de las partículas del campo cuando este da una o varias vueltas. Si existen las dimensiones extra gigantes (nombre asociado a las que tienen un radio superior al nanómetro), todas las partículas deben tener estados de Kaluza–Klein asociados. Por tanto, si no se observan estos estados podemos acotar el tamaño de las dimensiones extra (la cota depende de su número y las mejores cotas se obtienen para una sola dimensión extra).

Sabemos que hay neutrinos de tres sabores (o familias), llamados νe, νµ, y ντ. Igual que ocurre con los quarks, los neutrinos con masa, llamados ν1, ν2, ν3, son estados mezcla de los estados con sabor bien definido. Pero a diferencia de los quarks, los neutrinos se pueden observar como partículas libres, lo que permite estudiar esta mezcla. La llamada oscilación de los neutrinos (como la mezcla de los quarks) está parametrizada por tres ángulos de mezcla θ12, θ13, y θ23. Además, hay ángulos de fase asociados a la violación de la simetría CP; si los neutrinos son partículas de Dirac, como los quarks, hay un solo ángulo de fase δCP; pero si los neutrinos fueran partículas de Majorana, habría tres ángulos de fase, llamados δCP, α1, y α2. Aún no sabemos si los neutrinos son partículas de Dirac o de Majorana, aunque este último caso es el preferido por la mayoría de los físicos de partículas.



El haz de neutrinos NuMI produce neutrinos muónicos. Su número se reduce conforme se propagan en dirección a los dos detectores de MINOS. Si existieran los neutrinos estériles (νs), parte de los neutrinos muónicos oscilarían a ellos, νµ → νs. La probabilidad de esta oscilación crece si además existen dimensiones extra del espaciotiempo y los neutrinos estériles tienen estados de Kaluza–Klein. De hecho, esta posibilidad permite explicar por qué los neutrinos de Dirac tienen una masa tan pequeña (Nima Arkani-Hamed, Savas Dimopoulos, …, John March-Russell, «Neutrino Masses from Large Extra Dimensions,» Phys. Rev. D 65: 024032 (2002), doi: 10.1103/PhysRevD.65.024032, arXiv:hep-ph/9811448).

Gracias a la gran precisión de los detectores de MINOS se pueden buscar los neutrinos estériles. Y su búsqueda permite acotar el tamaño de las dimensiones extra del espaciotiempo (3+1+d, con d ≥ 2 dimensiones compactificadas). Para simplificar el análisis se asume que una de las dimensiones extra es mucho mayor que las demás y está compactificada en una circunferencia de radio R. El cálculo de las probabilidades de oscilación, P(νµ→νµ) y P(νµ→νs), depende de R. El estudio experimental de sus valores permite, por tanto, acotar el valor del radio R. Como los hipotéticos neutrinos estériles no han sido observados, sólo se puede obtener una cota superior para dicho radio, que dependerá de la masa del neutrino más masivo.



Los límites cosmológicos para la masa de los neutrinos indican que su masa es inferior a unos 0,2 eV = 200 meV. El último límite no cosmológico ha sido publicado por el experimento KamLAND-Zen. Estudia la desintegración beta doble sin neutrinos (0νββ) en átomos de 136Xe. Aún no ha sido observada, luego se ha obtenido un límite superior para su vida media, en concreto, es mayor de 1,07 × 1026 años al 90% C.L. Este valor permite estimar la masa de los neutrinos (si son de Majorana, para que se dé la 0νββ) entre 61 y 165 meV (el rango es amplio porque depende de cómo se estimen los elementos de la matriz nuclear de desintegración).

Por tanto, si la masa del neutrino más masivo es menor de 100 meV = 0,1 eV, entonces el tamaño de la dimensión extra del espaciotiempo más grande es menor de 0,45 μm al 90% C.L. Este tamaño es el mejor obtenido en experimentos con neutrinos y su valor es comparable al obtenido con experimentos que estudian la gravedad a distancias cortas.

 

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¿Por qué hay más materia que antimateria en el universo? (o ¿por qué el Modelo Estándar no lo explica?)

¿Se tiene o no se tiene explicación para la asimetría materia-antimateria?

El problema está en el Modelo Estándar de las Partículas Elementales y de las Fuerzas Fundamentales. Sin entrar en detalles técnicos, hoy se piensa que es la «explicación» a baja energía (hasta unos cientos de GeV) del zoo de partículas elementales que hemos encontrado. Ciertas cuestiones técnicas (renormalizabilidad) nos indican que el Modelo Estándar es único en el sentido de que es el modelo más sencillo que da cuenta de dicho zoo (lo que observamos en los experimentos). Desafortunadamente, «no explica nada». ¿Por qué es como es? Porque cualquier teoría «buena» a alta energía que a baja energía tenga que explicar el zoo de partículas, «debe» ser el Modelo Estándar.

El Modelo Estándar tiene muchos parámetros libres (depende de cómo se cuenten, más de 20) que nadie sabe explicar y que hay que determinar experimentalmente. Además, le podemos añadir gran «número de flecos»: si se descubre una nueva partícula o una nueva propiedad de una partícula, es fácil añadirla al Modelo Estándar sin muchos cambios. Por ejemplo, la masa de los neutrinos. Por supuesto, si se descubre una nueva partícula que ha sido predicha por alguna extensión «bonita» del Modelo Estándar, lo mismo «la comunidad» reivindica dicha extensión, pero no sin reticencias (por ejemplo, si se descubre la partícula supersimétrica de menor masa; sería «más barato» aceptar la supersimetría que modificar «duplicando» el Modelo Estándar).

¿A qué viene todo esto? En el Modelo Estándar la materia (partículas) y la antimateria (antipartículas) son completamente simétricas e intercambiables. ¿Esto es un problema? Sí, porque en nuestro entorno cercano del Universo sólo vemos (lo que llamamos) materia y se supone, modelo mínimo, que el resto de lo que vemos es también materia, pero en el Big Bang el Modelo Estándar predice que se produjo tanta materia como antimateria. ¿Dónde está entonces la antimateria? Lo más sencillo se suponer que por «fluctuaciones cuánticas» (u otras causas extrañas) se generó un pequeño exceso de materia (remanente) que sobrevivió a la aniquilación mutua materia-antimateria del resto. Es la explicación fácil suponiendo que el Modelo Estándar es completamente simétrico a materia y antimateria.

La importancia del resultado experimental publicado en el artículo de la colaboración Belle, «Difference in direct charge-parity violation between charged and neutral B meson decays,» es que, por primera vez, presenta un ejemplo de asimetría materia-antimateria experimental que hay que adjuntar (añadir) al Modelo Estándar. Es decir, para los mesones B neutros, el Modelo Estándar no es completamente simétrico a materia-antimateria. Hay que incorporar una nueva asimetría (técnicamente violación de la simetría CP) en el Modelo Estándar. Esta asimetría dentro del Modelo Estándar es la explicación más sencilla que permite explicar que ahora haya más materia que antimateria (en verdad de la buena, el Modelo Estándar ya tenía una violación de la simetriá CP, pero era demasiado pequeñita para explicar el desequilibrio materia-antimateria, lo que la nueva permite «fácilmente»). El Modelo Estándar (ahora) «prefiere» la materia.

El equipo de investigación Belle ha encontrado una violación de la simetría carga-paridad (CP) en mesones neutros K0 y B0, aunque en este segundo caso la violación es mucho más significativa. Ya se conocía esta asimetría CP en los mesones K y B, gracias al mecanismo de Kobayashi-Maskawa, propuesto en 1973, que permitió predecir la existencia de la tercera familia de quarks antes de que fuera descubierta. Sin embargo, era demasiado pequeña para dar cuenta de la dominancia de la materia en el Universo. Se necesitaban «nuevas» fuentes de violación CP.




La figura ilustra los cuatros procesos más importantes para el decaimiento de mesones B en kaones (mesones K) y piones (mesones pi) y que los «B-esones» son inestables y sólo existen a alta energía. El mesón B positivo está formado por un antiquark b y un quark u (los mesones son siempre pares quark-antiquark) y el mesón B neutro por un antiquark b y un quark d. Estos mesones decaen en piones (pi neutro, anti-u y u, pi negativo, anti-u y d) y mesones K (u y anti-s) o mesones pi positivos (u y anti-d). El diagrama de Feynman de la figura (a) lo ilustra «claramente», donde W es un bosón vectorial, que acarrea fuerza débil. Los demás diagramas son similares. La figura (b) es un diagrama de tipo pingüino, no entraré en sus detalles (g es un gluón, partícula portada de la fuerza fuerte), como (c) donde Z es un bosón vectorial neutro que acarrea fuerza débil. Tanto (a) como (b) se explican «fácilmente» en el modelo estándar. Sin embargo, la observación de las interacciones mostradas en los diagramas (c) y (d) es más complicada y requiere una «adición» al Modelo Estándar, nueva física, una mayor violación CP de la que se incluía previamente.

Evidencia de nueva física, pero ¿cómo implementar esa violación reforzada de la simetría CP? Ahora es el turno de los teóricos que deberán buscar la mínima adición posible al Modelo Estándar que explique estos nuevos descubrimientos experimentales. Mientras tanto, los experimentales seguirán trabjando.