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Un importante experimento de física acaba de detectar una partícula que no debería existir

La instalación de superficie para el experimento IceCube, que se encuentra bajo casi 1 milla 1,6 kilómetros de hielo en la Antártida. IceCube sugiere que los neutrinos fantasmales no existen, pero un nuevo experimento dice que sí.
Imagen: © Cortesía del Observatorio de Neutrinos IceCube

Los científicos han producido la evidencia más firme hasta ahora de los llamados neutrinos estériles, partículas misteriosas que atraviesan la materia sin interactuar con ella en absoluto.

Los primeros indicios de que estas elusivas partículas aparecieron hace décadas. Pero después de años de búsquedas dedicadas, los científicos no han podido encontrar ninguna otra evidencia de ellas, y muchos experimentos contradicen esos resultados anteriores. Estos nuevos resultados ahora dejan a los científicos con dos experimentos sólidosque parecen demostrar la existencia de neutrinos estériles, incluso cuando otros experimentos continúan sugiriendo que los neutrinos estériles no existen en absoluto.

Eso significa que está sucediendo algo extraño en el universo que está haciendo que los experimentos de física más avanzados de la humanidad se contradigan entre sí. [ Los 18 mayores misterios sin resolver en física ]

neutrinos estériles

atrás a mediados de la década de 1990 , el detector de neutrinos de centelleo líquido LSND, un experimento en el laboratorio nacional de Los Alamos en Nuevo México, encontró evidencia de una nueva partícula misteriosa: a " neutrino estéril "que pasa a través de la materia sin interactuar con ella. Pero ese resultado no se pudo replicar; otros experimentos simplemente no pudieron encontrar ningún rastro de la partícula oculta. Así que el resultado se dejó de lado.

Ahora, MiniBooNE, un experimento de seguimiento en Fermi National Accelerator Laboratory Fermilab, ubicado cerca de Chicago, ha recogido nuevamente el olor de la partícula oculta. Un nuevo artículo publicado en pre servidor de impresión arXiv ofrece un neutrino perdido lo suficientemente convincente como para hacer que los físicos se sienten y se den cuenta.

Si los nuevos resultados de MiniBooNE se mantienen, "Eso sería enorme; eso está más allá del modelo estándar; eso requeriría nuevas partículas ... y un marco analítico completamente nuevo", dijo Kate Scholberg, física de partículas en la Universidad de Duke que fueno participa en el experimento.

El S estándar M modelo de física ha dominado la comprensión del universo por parte de los científicos durante más de medio siglo. Se trata de una lista de partículas que, juntas, contribuyen en gran medida a explicar cómo interactúan la materia y la energía en el cosmos. Algunas de estas partículas, como los quarksy electrones, son bastante fáciles de imaginar: son los componentes básicos de los átomos que componen todo lo que tocaremos con nuestras manos. Otros, como los tres neutrinos conocidos, son más abstractos: son partículas de alta energíaque fluyen a través del universo, apenas interactuando con otra materia. Miles de millones de neutrinos del sol atraviesan la punta de tu dedo cada segundo, pero es muy poco probable que tengan algún impacto en las partículas de su cuerpo.

Los neutrinos de electrones, muones y tau, los tres "sabores" conocidos, interactúan con la materia a través de ambos la fuerza débil una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo y gravedad . Su antimateria los gemelos a veces también interactúan con la materia. Eso significa que detectores especializados pueden encontrarlos, provenientes del sol y de ciertas fuentes humanas, como las reacciones nucleares.Pero el experimento LSND, dijo Scholberg a Rhythm89, proporcionó la primera evidencia firme de que lo que los humanos podrían detectar podría no ser la imagen completa.

A medida que las ondas de neutrinos fluyen a través del espacio, periódicamente "oscilan", saltando de un sabor a otro, explicó. Tanto LSND como MiniBooNE implican disparar rayos de neutrinos a un detector escondido detrás de un aislante para bloquear todos los demásEn LSND, el aislante era agua; en MiniBooNE, es una tina de aceite. Y cuentan cuidadosamente cuántos neutrinos de cada tipo golpean el detector.

Ambos experimentos han informado ahora más detecciones de neutrinos de lo que la descripción de oscilación de neutrinos del modelo estándar puede explicar que los autores escribieron en el artículo. Eso sugiere, escribieron, que los neutrinos están oscilando en neutrinos ocultos, más pesados ​​y "estériles" que el detectorno puede detectar directamente antes de oscilar de nuevo en el reino detectable . El resultado de MiniBooNE tuvo una desviación estándar medida en 4.8 sigma, apenas por debajo del umbral de 5.0 que buscan los físicos un resultado de 5 sigma tiene. probabilidades de 1 en 3,5 millones de ser el resultado de fluctuaciones aleatorias en los datos. Los investigadores escribieron que MiniBooNE y LSND combinados representan un resultado de 6.1 sigma lo que significa más de una en 500 millones de probabilidades de ser una casualidad, aunque algunos investigadores expresaron unagrado de escepticismo sobre esa afirmación.

Si LSND y MiniBooNE fueran los únicos experimentos de neutrinos en la Tierra, dijo Scholberg, eso sería el final del asunto. El Modelo Estándar se actualizaría para incluir algún tipo de neutrino estéril.

Pero hay un problema. Otros experimentos importantes de neutrinos, como el Proyecto de oscilación subterráneo con el experimento del aparato de seguimiento de emulsión en Suiza, no han encontrado la anomalía que tanto LSND como MiniBooNE han visto ahora.

Tan recientemente como 2017, después del Observatorio IceCube Neutrino en la Antártida fallido para obtener evidencia de neutrinos estériles, los investigadores le presentaron a Rhythm89 que otra señal informada de las partículas - antineutrinos faltantes alrededor de los reactores nucleares - había sido un error, y en realidad fue el resultado de cálculos incorrectos.

Los neutrinos estériles no fueron una idea rechazada, dijo Scholberg, pero no fueron aceptados por la ciencia.

El resultado de MiniBooNE complica la imagen de las partículas.

"Hay personas que dudan del resultado", dijo, "pero no hay razón para pensar que haya algo malo [con el experimento en sí]".

Es posible, dijo, que la anomalía en los experimentos LSND y MiniBooNE pueda resultar ser la "sistemática", lo que significa que hay algo en la forma en que los neutrinos interactúan con la configuración experimental que los científicos aún no comprenden. Pero esTambién parece cada vez más posible que los científicos tengan que explicar por qué tantos otros experimentos no detectan neutrinos estériles muy reales que están apareciendo en Fermilab y Los Alamos Lab. Y si ese es el caso, tendrán que revisarsu comprensión completa del universo en el proceso.

Publicado originalmente el Ritmo89 .