El jueves, los investigadores presentaron la medición más precisa hasta el momento de un neutrino, reduciendo la masa máxima posible de las motas fantasmales de la materia que impregnan nuestro universo.
El resultado, publicado En la revista Science, no define la masa exacta de un neutrino, solo su límite superior. Pero el hallazgo ayuda a acercar a los físicos a descubrir qué está mal con el llamado modelo estándar, su mejor teoría, aunque incompleta, de las leyes que gobiernan el reino subatómico. Una forma en que los físicos saben que no es muy preciso es que sugiere que el neutrino no debe tener ninguna masa en absoluto.
En Escalas Grander, aprender más sobre los neutrinos ayudará a los cosmólogos a llenar su imagen cada vez más brumosa del universo, incluida la forma en que las galaxias se agruparon y lo que influye en la expansión del cosmos desde el Big Bang.
“Estamos buscando tratar de entender por qué estamos aquí”, dijo John Wilkerson, físico de la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill y autor del nuevo estudio. “Y eso es algo en lo que los neutrinos pueden tener un papel clave”.
Los físicos saben algunas cosas sobre neutrinos. Son prolíficos en todo el cosmos, creados prácticamente en cualquier momento, los núcleos atómicos se juntan o se separan. Pero no tienen carga eléctrica y son notoriamente difíciles de detectar.
Los neutrinos también vienen en tres tipos, que los físicos describen como sabores. Y, curiosamente, se transforman de un sabor a otro a medida que se mueven por el espacio y el tiempo, un descubrimiento reconocido por el Premio Nobel de Física en 2015. El mecanismo subyacente que hace que estas transformaciones posibles, los físicos se dieron cuenta, significaban que los neutrinos deben tener algo de masa.
Pero solo así. Los neutrinos son muy ligeros, y los físicos no saben por qué.
Descubrir los valores exactos de la masa de neutrinos podría conducir a “algún tipo de portal” a la nueva física, dijo Alexey Lokhov, científico del Instituto de Tecnología Karlsruhe en Alemania. “Este es, por ahora, el mejor límite del mundo”, dijo sobre la medición de su equipo.
El Dr. Lokhov y sus colegas utilizaron el neutrino del tritio Karlsruhe, o Katrin, experimentan para reducir la masa de un neutrino. En un extremo del aparato de 230 pies de largo había una fuente de tritio, una versión más pesada de hidrógeno con dos neutrones en su núcleo. Debido a que el tritio es inestable, se descompone en helio: un neutrón se convierte en un protón, que escupe un electrón en el proceso. También escupe un antineutrino, el gemelo antimateria de un neutrino. Los dos deberían tener una masa idéntica.
La masa del tritio original se divide entre los productos de la descomposición: el helio, el electrón y el antineutrino. Ni neutrinos ni antineutrinos pueden detectarse directamente, pero un sensor en el otro extremo del experimento registró 36 millones de electrones, durante 259 días, derramados por el tritio en descomposición. Al medir la energía del movimiento del electrón, podrían deducir indirectamente la masa máxima posible para el antineutrino.
Descubrieron que el valor no era más de 0.45 electronvoltios, en las unidades de masa utilizadas por los físicos de partículas, un millón de veces más ligero que un electrón.
El límite superior en la masa se midió para un solo sabor de neutrinos. Pero el Dr. Wilkerson dijo que clavar la masa de uno hace posible calcular el resto.
La última medición empuja la posible masa del neutrino más bajo que el límite anterior Establecido en 2022 por la colaboración de Katrin, de no más de 0.8 electronvoltios. También es casi el doble de preciso.
Elise Novitski, física de la Universidad de Washington que no participó en el trabajo, elogió el cuidadoso esfuerzo del equipo de Katrin.
“Realmente es solo un tour de force”, dijo sobre el experimento y el descubrimiento. “Tengo plena confianza en su resultado”.
El equipo de Katrin está trabajando en un límite aún más estricto en la masa de neutrinos de 1,000 días de datos, que espera recopilar para fin de año. Eso dará a los físicos aún más electrones a medir, lo que lleva a una medición más precisa.
Otros experimentos también contribuirán a una mejor comprensión de la masa del neutrino, incluida Proyecto 8 En Seattle y el experimento de neutrinos subterráneos profundos, se extiende por dos instalaciones de física en el Medio Oeste.
Los astrónomos que estudian la estructura del cosmos en general, que se cree que están influenciados por la vasta colección de neutrinos que inundan el universo, tienen su propia medición de la masa máxima de las partículas. Pero según el Dr. Wilkerson, los límites establecidos por los astrónomos que miran al vacío no coinciden con lo que los físicos de partículas calculan en el laboratorio, mientras analizan el mundo subatómico.
“Hay algo realmente interesante”, dijo. “Y la probable solución a eso será la física más allá del modelo estándar”.
