La desintegración doble beta sin neutrinos

La desintegración doble β sin neutrinos, que aún no ha sido observada, permite dilucidar si los neutrinos son partículas de Dirac o de Majorana, ya que solo en este último caso está permitida (ya que requiere la aniquilación mutua de dos antineutrinos, proceso posible solo si el antineutrino es su propia antipartícula). Más aún, la vida media de esta desintegración permitiría medir la masa de los neutrinos de forma directa (todas las estimaciones actuales de la masa de los neutrinos son indirectas). En 2001, Hans Klapdor-Kleingrothaus y sus colegas del Instituto Max Planck de Fïsica Nuclear, Heidelberg, Alemania, afirmaron haber observado el fenómeno en un experimento que utilizó germanio situado en el Laboratorio Nacional de Gran Sasso. La mayoría de los físicos cree que el grupo de Heidelberg interpretó de forma errónea procesos de desintegración beta convencionales, ya que experimentos similares otros isótopos no la han observado. La solución final a esta historia la sabremos a principios de 2013, cuando el experimento GERDA (Germanium Detector Array), también situado en Gran Sasso, publique los resultados de su primer año de toma de datos, que se inició en noviembre de 2011. Si no observa el fenómeno, refutará el resultado de Heidelberg fuera de toda duda, pero si lo observara Klapdor-Kleingrothaus sería un firme candidato al Premio Nobel de Física. Nos lo cuenta Edwin Cartlidge, “Neutrino physics: Beta test. Debate rages over whether researchers have managed to see an exceptionally rare form of radioactivity. Experiments this year should finally settle the issue,” Nature 487: 160–162, 12 July 2012.

Os recuerdo a los despistados. Como muestra la figura que abre esta entrada, en la desintegración β estándar un neutrón emite un electrón y un antineutrino transformándose en un protón; un neutrón libre tiene una vida media de unos 10 minutos, aunque en un núcleo inestable puede reducirse a solo unas milésimas de segundo. En 1987 se observó por primera vez que en los núcleos atómicos con un número par de neutrones y de protones también se da la desintegración doble  β, en la que dos neutrones se convierten simultáneamente en dos protones emitiendo dos electrones y dos antineutrinos; la vida media de este proceso es de al menos 1018 años. La teoría predice que se puede dar la desintegración doble  β sin neutrinos, cuando los dos antineutrinos se aniquilan mutuamente y solo se emiten los dos electrones; la vida media para este proceso se estima en al menos 1025 años.

En la conferencia Neutrino 2012, 3-9 junio, Kyoto, Japón, el experimento EXO (Enriched Xenon Observatory) afirmó que no había encontrado evidencia de la desintegración doble β sin neutrinos tras tomar datos entre septiembre de 2011 y abril de 2012. Este resultado es casi una refutación del resultado de Heidelberg, pero como usa otro isótopo, aún hay lugar para el fenómeno. Otros proyectos tampoco han viso el fenómeno, como el proyecto KamLAND-Zen, en la mina de Kamioka en Japón, y CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) en Gran Sasso, pero todavía acumulan poca estadística. Por ahora todo indica que la palabra final la tendrá GERDA.

Por supuesto, si GERDA no ve el efecto, eso no significa que el efecto no se dé en la Naturaleza. Michel Sorel, físico español del IFIC (CSIC/UV), Valencia, miembro del proyecto liderado por J. J. Gómez Cadenas, también del IFIC, para el desarrollo del detector NEXT (Neutrino Experiment with a Xenon Time Projection Chamber) que se situará en el Laboratorio de Canfranc. Este proyecto también buscará la desintegración beta doble sin neutrinos y caso de que la encontrara antes que otros proyectos de la competencia pondría a algún español en la antesala del Premio Nobel.

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9 pensamientos en “La desintegración doble beta sin neutrinos

  1. El líder científico (spokesperson) de NEXT no es Michel Sorel, sino el profesor JJ Gómez Cadenas, también del IFIC. El Dr Sorel es el coordinador de software y análisis del experimento.

    • Francisco Javier, no soy experto, pero en mi opinión los físicos españoles pecan un poco de optimistas.

      En su análisis técnico utilizan la estimación cosmológica más optimista hasta el momento para el valor mínimo de la suma de las masas de todos los neutrinos. En realidad, obtener un límite mínimo para esta magnitud con datos del CMB es muy difícil y muy discutible, por lo que muchas estimaciones (WMAP-9, BAO, etc.) solo dan un cota máxima (dejando la cota mínima en cero).

      Por otro lado, me parece normal que los otros experimentos discrepen. Su estimación de que la sensibilidad de los detectores de xenón gaseoso es mayor que los de xenón líquido para este tipo de búsqueda es normal que genere polémica. No soy experto en estas sutilezas.

      Si los neutrinos son partículas de Majorana, algo que no está nada claro, ojalá los españoles de NEXT sean los primeros en descubrirlo (recibirían el Premio Nobel por ello), pero todavía es muy pronto para hacer estas conjeturas. Me parece normal que otros experimentos, EXO-200, KamLAND-Zen o CUORE, opinen lo mismo (que ellos serán los primeros).

      Solo puedo desearles suerte.

      • Gracias Francis por tu sinceridad. Me pregunto, aparte de poder medir la masa del neutrino de forma directa, lo que tal vez sea más relevante para la cosmología que para la física, ¿estás de acuerdo en que este descubrimiento sería tan relevante para la Física como la detección del bosón de Higgs? Y aunque permitiría avanzar más allá del Modelo Estándar, no lo refutaría, ¿verdad? ¿Tienes pensado escribir otro artículo profundizando más en este tema, o de momento prefieres esperar a que se publiquen resultados? Un saludo.

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