La búsqueda de neutrinos de Majorana en las desintegraciones de mesones B en LHCb

Dibujo20130301 left- neutrinoless double beta decay for two neutrons in a nucleus -right- Feynman diagrams for B decays

La semana que viene empiezan las conferencias de Moriond (EW y QCD), cuyo tema estrella será el bosón de Higgs, pero también hay otros resultados muy interesantes que muchos esperamos. Todavía no se sabe si los neutrinos son partículas tipo Majorana (no hay diferencia entre los neutrinos y los antineutrinos) o tipo Dirac (neutrinos y antineutrinos son partículas diferentes). Para estudiarlo se puede utilizar la doble desintegración beta sin neutrinos, parte derecha de la figura. En los experimentos del LHC en el CERN, en especial en LHCb, también se puede utilizar la desintegración de mesones B, en la parte izquierda de la figura se presenta su diagrama de Feynman para la desintegración  B → D(*)+ μ μ, donde los neutrinos de Majorana (N) que se aniquilan mutuamente son virtuales, por lo que este diagrama es independiente de la masa del neutrino; hay otras desintegraciones de mesones B, pero requieren que la masa del neutrino de Majorana N sea grande. Belle y LHCb han buscado este tipo de desintegración y aún no la han observado. En el caso de LHCb se buscó en 0,37 /fb de datos de colisiones de 2011 (LHCb Collaboration, “Searches for Majorana neutrinos in B decays,” Physical Review D 85: 112004, 2012 [arXiv:1201.5600]). LHCb acumuló 1,1/fb de colisiones a 7 TeV c.m. en 2011 y nada menos que 2,08 /fb a 8 TeV c.m. en 2012, es decir, dispone de unos 10 veces más datos que los utilizados en el artículo publicado Phys. Rev. D. Muchos esperamos que en Moriond se publique una actualización de esta búsqueda de neutrinos de Majorana en LHCb (al menos con los 1,1 /fb de 2011). Sinceramente, creo que será uno de los grandes resultados de la conferencia. Otros modos de desintegración “raros” que podrían ser actualizados en Moriond son discutidos por Hugo Ruiz, “Latest rare decay results from LHCb,” Les Rencontres de Physique de la Vallée d’Aoste, 27 Feb 2013 [slides].

Dibujo20130301 Integrated Lumi LHCb Time Yearly 2010 2011 2012

Los resultados de LHCb serán competitivos con los publicados por otras colaboraciones experimentales que observan de forma directa la doble desintegración beta sin neutrinos. El resultado publicado más reciente, que yo sepa, es el de KamLAND-Zen Collaboration, “Limit on Neutrinoless ββ Decay of 136Xe from the First Phase of KamLAND-Zen and Comparison with the Positive Claim in 76Ge,” Phys. Rev. Lett. 110: 062502, 7 Feb 2013 [arXiv:1211.3863], que estudió 89,5 kg año de xenón-136 y obtuvo un límite inferior para la vida media de la desintegración de 3,4 × 1025 años al 90% C.L. (dato combinado con EXO-200), que implica que la masa de los neutrinos de Majorana es inferior a 0,12-0,25 eV, lo que excluye al 97,5% C.L. la señal supuestamente observada por la Colaboración Heidelberg-Moscú usando germanio-76 (la única señal positiva hasta ahora de que los neutrinos son partículas de Majorana).

En la búsqueda de neutrinos de Majorana mediante doble desintegración beta sin neutrinos destaca el experimento NEXT (Neutrino Experiment with a Xenon Time-Projection Chamber) que será instalado en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (España) y estudiará dicha desintegración en xenón-136. Ya se han realizado pruebas muy prometedoras (V. Álvarez et al, “Radiopurity control in the NEXT-100 double beta decay experiment: procedures and initial measurements,” Journal of Instrumentation 8: T01002, January 2013 [arXiv:1211.3961]). A todos los interesados en este experimento, les recomiendo la refrescante charla de Juan José Gómez Cadenas (IFIC CSIC, Univ. Valencia), “Ettore Majorana through the looking glass,” Video CERN 17 Jan 2013 [slides]. Al principio de la charla de J. J. Gómez Cadenas (@JuanJoseGomezC1) el sonido se escucha un poco mal, pero luego mejora mucho; su charla nos justifica los porqués del diseño del experimento NEXT y cómo en su fase final podrá descartar que los neutrinos son partículas de Majorana, o al contrario, demostrar que lo son, si es que lo son. Lo que más hecho en falta en la charla es que J.J. olvida mencionar las búsquedas en Belle y LHCb de los neutrinos de Majorana.

Dibujo20130301 searches for neutrinoless double

Hay muchos experimentos de búsqueda de la doble desintegración beta sin neutrinos (0νββ), esta tabla muestra los más importantes y qué isótopos están estudiando. Una discusión de estos experimentos en Bernhard Schwingenheuer, “Status and prospects of searches for neutrinoless double beta decay,” Annalen der Physik, AOP 16 Jan 2013 [arXiv:1210.7432]. Este artículo empieza recordando que hay 35 isótopos para los que la desintegración beta está energéticamente prohibida, pero que permiten la doble desintegración beta (A, Z) → (A, Z+2) + ee + 2 ν (que ha sido observada en 11 isótopos). Este artículo complementa muy bien la charla de J.J., así que recomiendo su lectura tras ver el vídeo.

Un pensamiento en “La búsqueda de neutrinos de Majorana en las desintegraciones de mesones B en LHCb

  1. Bueno, vamos a sentarnos a esperar esas informaciones, pero mesones de Majorana sin neutrino en una doble desintegraciòn Beta es algo que merece un buen anàlisis.

Los comentarios están cerrados.