El tercer parámetro de los cuatro de la teoría de la oscilación de los neutrinos medido con 5,2 sigmas

Un Premio Nobel a un resultado científico no significa que éste sea real; el Nobel de Física de 2002 fue concedido al fenómeno de la oscilación de los neutrinos y cómo ésta explica el déficit de neutrinos solares, sin embargo, algunos físicos dudaban de que este fenómeno fuera real y muchos de que la teoría actual lo explique de forma correcta; a partir de hoy ya no podrán dudar más. Las dudas más serias se basaban en que cierto parámetro llamado θ13 no había sido medido con precisión y todas las medidas indicaban que su valor era muy pequeño; si su valor era exactamente cero, entonces el fenómeno de la oscilación de los neutrinos no sería aplicable a los antineutrinos, como predice la teoría y verificaron algunos experimentos con reactores nucleares, y surgirían serias dudas sobre la interpretación teórica de los resultados experimentales actuales (aunque hay algunos modelos teóricos exóticos para la oscilación que pueden acomodar este caso, tanto exotismo irrita a muchos físicos que buscan la simplicidad como guía). Hoy, un experimento chino llamado Daya Bay ha publicado que sin² (2θ13) = 0,092 ± 0,016 (estad.) ± 0,005 (sist.) con una certeza de 5,2 sigmas, lo que significa para muchos físicos que esta medida está fuera de toda duda; un valor de θ13 = 0,15 ± 0,2 (un valor enorme comparado con lo que se pensaba hace solo dos años). Los físicos que no creían en la validez de la teoría actual sobre el fenómeno de la oscilación de los neutrinos ya no tienen argumentos firmes para sus dudas. El Comité Nobel de Física ya puede estar tranquilo, su decisión en 2002 fue acertada. Los físicos interesados en los detalles técnicos disfrutarán del artículo de F.P. An et al. (The Daya Bay Collaboration), “Observation of electron-antineutrino disappearance at Daya Bay,” PDF submitted to PRL.

Hoy la blogosfera y Twitter hierven con esta gran noticia. Más info en español en “Un experimento en China mide con precisión un parámetro que rige la oscilación de los neutrinos,” CPAN Ingenio, 8 marzo 2012; Kanijo, “Físicos de China logran una medida clave en los neutrinos,” Ciencia Kanija, 8 marzo 2012 [que traduce a Adrian Cho en Science NOW]; Jorge Díaz, “Experimento descubre oscilación de antineutrinos provenientes de reactores nucleares,” Conexión causal, marzo 8, 2012. En inglés hay tantas fuentes que omite listar ninguna más (búsqueda en Google).

Para mí, que soy un poco torpe, esta noticia, que θ13>0 y que la oscilación de los antineutrinos es un fenómeno real, no me ha pillado por sorpresa, todo lo contrario, ya estaba anunciada el año pasado (“en junio de 2011 por el experimento japonés T2K,” más tarde por MINOS y en noviembre por Double Chooz), aunque podía ser una fluctuación estadística (“la confianza estadística de T2K en junio era de solo 2,5 sigmas”). Más aún, hace un par de días me hice eco en este blog de un experimento parecido a Daya Bay, pero radicado en Francia, llamado Double Chooz, que publicó en Moriond EW 2012 que había medido sin² (2θ13) = 0,086 ± 0,041 (estad.) ± 0,030(sist.) al 95% C.L. (en mi opinión esto ya dejaba pocas dudas sobre θ13>0). La noticia sobre Double Chooz no hizo hervir la blogosfera. ¿Por qué no? Ni idea, quizás no tenía las palabras mágicas: “abracadabra” (perdón, quiero decir “5 sigmas”). Esto me hace preguntarme, si la noticia de OPERA en septiembre de 2011 sobre los neutrinos superlumínicos no tuviera las palabras mágicas “más de 5 sigmas” (y las perdió en octubre cuando se recalcularon los errores sistemáticos), ¿habría provocado el revuelo mediático que provocó? Algunos de mis lectores se preguntaban, ¿por qué no me enteré del resultado de MINOS en 2007? Quizás porque faltaba la palabra “abracadabra.”

Volviendo al tema de los Nobel, antes de continuar con los neutrinos, me gustaría recordar a los desmemoriados, que no son pocos, que el Premio Nobel de Física de 1979 fue concedido a la teoría de la unificación electrodébil de Weinberg y Salam, que mejoraba las ideas de Glashow incorporando la ruptura de la simetría electrodébil y la existencia del bosón de Higgs; se premió con el Nobel además de la predicción de la existencia del Higgs, la predicción de la existencia del bosón Z y de las corrientes débiles neutras; en 1979 había evidencia indirecta de la existencia de estas últimas, pero no se descubrió el bosón Z hasta 1983; esta prueba recibió el Premio Nobel de Física en 1984 para tranquilizar al Comité Nobel por su imprudencia. Pero la tranquilidad definitiva para los miembros del Comité Nobel de Física en 1979 (si es que aún hay alguno que esté vivo) será el descubrimiento del bosón de Higgs en el LHC este año. Mucha gente olvida que si el bosón de Higgs del modelo estándar no existe, el Premio Nobel de Física de 1979 fue concedido a una teoría errónea. Como pocos dudamos de la teoría electrodébil, gracias a los resultados de precisión obtenidos por el colisionador LEP del CERN (y a que nos la han enseñado en la carrera de Ciencias Físicas como si fuera verdad), pocos dudamos de la existencia del Higgs. En mi opinión, la gente que afirma como si tal cosa que el bosón de Higgs puede que no exista le hace un flaco favor a la divulgación de la física, en general, y del modelo estándar de la física de partículas, en particular.

Retornemos a los neutrinos y el resultado de Daya Bay. La importancia de este resultado (θ13>0) es que podría implicar una fuente nueva de violación de la simetría CP, la responsable de la asimetría entre materia y antimateria ocurrida durante el primer segundo tras la gran explosión (Big Bang). En la parte rosa de la matriz de la figura que abre esta entrada aparece un ángulo δ, asociado al seno de θ13; este ángulo δ cuantifica la violación de la simetría CP en los neutrinos, es decir, la diferencia entre neutrinos y antineutrinos. Experimentos como Daya Bay, Double Chooz, T2K y MINOS tratarán de medir el valor de δ en los próximos meses y quizás a finales de este año se publiquen los primeros resultados. En mi opinión, dicha publicación será mucho más relevante e importante que la que hoy ha hecho hervir la web. Pero quizás entonces pocos nos hagamos eco de dicho resultado.

Lo dicho, si queréis saber más, os recomiendo leer los artículos en español que se referencian más arriba. Ahora mismo tenemos buenas estimaciones de tres de los cuatro parámetros de la matriz PMNS (Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata), los que confiamos en las ideas bellas en física de partículas confiamos en que el cuarto parámetro será determinado experimentalmente en los próximos dos años, lo que confirmará definitivamente que el fenómeno de la oscilación de los neutrinos ha de ser incorporado al modelo estándar como uno de los grandes logros de la física del s. XX. Por supuesto, muchos físicos ansian sorpresas que desvelen el camino hacia las teorías más allá.

PS: Recomendable lectura “Daya Bay, Reactors and Neutrinos,” Neutrino Blog, 8 March, 2012 (la imagen del neutrino mareado por no saber qué tipo de neutrino es está extraída de esta entrada).

Anuncios

8 pensamientos en “El tercer parámetro de los cuatro de la teoría de la oscilación de los neutrinos medido con 5,2 sigmas

  1. Francis, gracias por considerar nuestro blog como lectura sugerida.
    Sólo quería hacer dos comentarios. El primero es que el premio Nobel de 2002 fue dado a Davis y Koshiba por la detección de neutrinos astrofísicos, no por descubrir las oscilaciones de neutrinos (http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2002/). Sus estudios permitieron establecer las oscilaciones de neutrinos como un fenómeno real y no sólo una hipótesis, sin embago las oscilaciones de neutrinos no han dado para Nobel todavía.
    El otro comentario es acerca de la fase CP (\delta_\text{CP}). Los experimentos de reactor Daya Bay, Double Chooz y RENO (que son los tres actualmente funcionando) no pueden medir esta fase ya que \delta_\text{CP} no es observable en experimentos de desaparición (que es lo que hacen los experimentos de reactor). La única manera de observarla es mediate ‘experimetos de aparición’ como T2K, MINOS y NOvA estudiando el canal de oscilación \nu_\mu\rightarrow\nu_e. Por lo tanto Daya Bay y Double Chooz no pueden medir \delta_\text{CP}. Estos experimentos fueron diseñados sólo para medir \theta_{13}.

    • Tu blog Stan es también muy bueno e interesante. Ahora, toca medir violación de CP y esperar a que seamos afortunados de ver una doble beta decay sin neutrinos (si es que hay) para decidir si son Majorana particles. Creo que la combinación de los datos cosmológicos y los experimentos que se avecinan tienen ya esa meta (CP-violation en el sector leptónico y neutrinos y observar beta doble sin neutrinos) a parte de la observación de neutrinos de alta energía, que misteriosamente no aparecen aún en Ice-Cube. ¿Podría la emisión de neutrinos de alta energía estar suprimida por alguna simetría o mecanismo profundo a muy alta energía si se confirma el null de Ice-Cube? Ice-Cube con Deep-Core creo que ya debería ser sensible a ese tipo de neutrinos. ¿Volverán a sorprendernos las más diminutas y escurridizas partículas de este Universo?

  2. El modelo estándar es una teoría muy exitosa que ha sido probada por diferentes experimentos durante décadas, saliendo ilesa. Sin embargo, se sabe que es una teoría incompleta, que da cuenta de solo el 4% del Universo que es visible para la Astronomía. Se necesita nueva física para explicar el 96% restante.

    ¿O sea, si se confirma que existe el boson, explicamos el 4 % del universo?

  3. Magnìfico artìculo, aunque no muy didacta y resulta que la fìsica de los neutrinos se amplia con el conocimiento exaustivo de su oscilaciòn, màs aun, si conocemos particularidades de los antineutrinos con su violaciòn CP y todo, buena entrada de año este, gracias Francis por proporcionarnos estas informaciones.

  4. Hay un punto que me llama la atención, que sin duda no comprendo en todos sus detalles: el hecho de que por sugerir que el bosón de Higgs no exista (y por ende, que todo el modelo estándar debe tener errores más o menos de bulto) le hace un flaco favor a la divulgación de la física. Pues no lo entiendo. Yo pensaba, con honestidad, que flaco favor se hace vendiendo la piel del oso antes de cazarlo, porque la probabilidad de que efectivamente no exista no sólo no es nula sino que es apreciable. En ese caso, no sé quién le hace flaco favor a qué, porque divulgar como prácticamente probado algo que puede ser falso (y creo que el tiento es necesario dados los terrenos en que nos movemos)…

    Si hablamos de divulgación, entiendo que debe ser a todos los niveles, aunque requiera lenguajes diferentes adaptados a públicos diferenciados. Además, la falta de perspectiva afecta a todo el mundo desde el momento que existe un punto de vista que facilita una e imposibilita otras. Yo entiendo que el 99% de la opinión pública no entiende ni jota de física elemental, y ya no digamos estas honduras, y no acabo de ver, por más vueltas que le doy, la ventaja de no cuestionar el bosón de Higgs.

    Que además personalmente pienso que no va a aparecer, porque tenemos demasiados cabos sueltos como para atar nada, y el instrumental que manejamos no es precisamente el del siglo XVIII.

  5. Me gustaría que algún día pudieras dedicar un artículo a explicar todo ese rollo de los ángulos de los neutrinos que no es nada intuitivo. Saludos.

    • Lo apunto en los borradores… tengo muchas cosas pendientes. Gracias, Aitor.

Los comentarios están cerrados.