La búsqueda de las impartículas

Dibujo20130221 Mineral proportions pyrolite model as function depth and resulting iron and electron densities in the various electronic spin states

El modelo estándar de la física de partículas describe el universo como campos cuánticos en interacción. Numerosas extensiones teóricas predicen la existencia de interacciones espín-espín de largo alcance mediadas por impartículas o por bosones axiales de espín uno. Hunter et al. han propuesto en Science usar la Tierra como fuente de espines polarizados en interacción para determinar los límites máximos a estas interacciones. Resultados geoquímicos y geofísicos recientes, junto a medidas realizadas en tres laboratorios, les permiten estimar la señal que se espera poder medir en el campo de los geoelectrones polarizados en espín del manto de la Tierra (los espines corresponden a los electrones de los minerales que contienen hierro en el manto). Estudiar cómo cambian las interacciones espín-espín conforme cambian la posición geográfica y la orientación del aparato de medida permitirá obtener límites superiores mucho más bajos que los que permiten los experimentos en laboratorio actuales para estas interacciones espín-espín exóticas. El artículo técnico es Larry Hunter, Joel Gordon, Stephen Peck, Daniel Ang, Jung-Fu Lin, “Using the Earth as a Polarized Electron Source to Search for Long-Range Spin-Spin Interactions,” Science 339: 928-932, 22 Feb 2013.

Dibujo20130221 Mineral proportions pyrolite model as function depth and resulting iron and electron densities in the various electronic spin states

Ramsey realizó en 1979 el primer experimento que buscó acoplos espín-espín anómalos. Desde entonces se han realizado otros experimentos que han permitido poner límites bastante estrictos para este tipo de interacciones a corto alcance. Sin embargo, los límites para interacciones de largo alcance (λ > ~1 m) son pobres. Hunter et al. proponen aprovechar que hay unos ~1049 espines de electrones no apareados en la Tierra. En promedio, alrededor de un electrón de cada diez millones estará polarizado antiparalelo al campo magnético de la Tierra, luego hay unos 1042 electrones polarizados en el campo terrestre. En laboratorio se suele trabajar con entre ~1022 y ~1025 electrones polarizados. Por tanto, el número de geoelectrones polarizados es al menos 1017 veces mayor que el que se puede utilizar en un laboratorio. Más aún, en laboratorio se pueden utilizar fuentes de espines separadas de los detectores unas decenas de centímetros, mientras que utilizando geoelectrones se pueden alcanzar distancias de varios miles de kilómetros. Todo parecen ventajas, sin embargo, usar la Tierra sólo es interesante para potenciales de interacción anómala espín-espín que decaigan “lentamente” con la distancia, como 1/rn, con 1<n<2. Para estos potenciales, el uso de los geoelectrones incrementa la sensibilidad en al menos unos siete órdenes de magnitud parra la misma distancia. La mayor desventaja de las interacción entre espines en la Tierra es que no se puede modular (controlar) la fuente de espines y hay que confiar en el conocimiento actual de los campos geomagnéticos y del comportamiento de los espines de los electrones en el manto terrestre.

Habrá que estar al tanto de los avances en este tipo de estudios.

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