Un Experimento De Física Importante Acaba De Detectar Una Partícula Que No Debería Existir

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Algo extraño está sucediendo en el universo, y es evidencia de una partícula oculta o una señal de que los experimentos están rotos.

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

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

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

Neutrinos estériles

A mediados de la década de 1990, el Detector de Neutrino Líquido Scintillator (LSND), un experimento en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México, encontró evidencia de una nueva y misteriosa partícula: un "neutrino estéril" que pasa a través de la materia sin interactuar con ella. Pero ese resultado no pudo ser replicado; otros experimentos simplemente no pudieron encontrar ningún rastro de la partícula oculta. Así que el resultado fue apartado.

Ahora, MiniBooNE, un experimento de seguimiento en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), ubicado cerca de Chicago, ha vuelto a captar el olor de la partícula oculta. Un nuevo artículo publicado en el servidor de preimpresión arXiv ofrece un neutrino tan convincente que hace que los físicos se sienten y se den cuenta.

Los nuevos datos de MiniBooNE confirman que esta tensión en los datos es real. Estos datos pueden (según mi mejor conocimiento) NO equiparse con el marco estándar. Requiere ya sea nuevas partículas (neutrinos estériles) o algún tipo de violación de simetría. 4/6

- Sabine Hossenfelder (@skdh) 31 de mayo de 2018

Whoa //t.co/ggoVJDxzkh

- Matthew Buckley (@physicsmatt) 31 de mayo de 2018

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 de la Universidad de Duke que no participó en el experimento

El Modelo Estándar de física ha dominado la comprensión de los científicos del universo durante más de medio siglo. Se trata de una lista de partículas que, juntas, explican cómo la materia y la energía interactúan en el cosmos. Algunas de estas partículas, como los quarks y los electrones, son bastante fáciles de imaginar: son los bloques de construcción de los átomos que forman todo lo que alguna vez tocaremos con nuestras manos. Otros, como los tres neutrinos conocidos, son más abstractos: son partículas de alta energía que fluyen a través del universo y apenas interactúan con otra materia. Miles de millones de neutrinos del sol pasan a través de la punta de su dedo cada segundo, pero es muy probable que no tengan ningún impacto en las partículas de su cuerpo.

Sin embargo, los neutrinos de electrones, muones y tau, los tres "sabores" conocidos, interactúan con la materia a través de la fuerza débil (una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo) y la gravedad. (Sus gemelos de antimateria a veces también interactúan con la materia). Eso significa que los detectores especializados pueden encontrarlos, que caen del sol y de ciertas fuentes humanas, como las reacciones nucleares. Pero el experimento LSND, dijo Scholberg a WordsSideKick.com, proporcionó la primera evidencia firme de que lo que los humanos podrían detectar podría no ser el panorama completo.

Como las ondas de neutrinos fluyen a través del espacio, periódicamente "oscilan", saltando de un sabor a otro, explicó. Tanto LSND como MiniBooNE implican disparar haces de neutrinos a un detector oculto detrás de un aislante para bloquear toda otra radiación. (En LSND, el aislante era agua; en MiniBooNE, es una cuba de aceite). Y cuentan cuidadosamente cuántos neutrinos de cada tipo golpean el detector.

Ambos experimentos han reportado más detecciones de neutrinos de lo que la descripción del Modelo Estándar de oscilación de neutrinos puede explicar los autores que escribieron en el artículo. Eso sugiere, escribieron, que los neutrinos están oscilando en neutrinos "estériles" ocultos, más pesados ​​que el detector no puede detectar directamente antes de volver a oscilar 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 una probabilidad 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 uno en 500). millones de probabilidades de ser una casualidad), aunque algunos investigadores expresaron cierto grado de escepticismo acerca de esa afirmación.

6.1 sigma "combinado" es una declaración grande que necesita muchos detalles.

- Will Kinney (@WKCosmo) 31 de mayo de 2018

Si LSND y MiniBooNE fueran los únicos experimentos con neutrinos en la Tierra, dijo Scholberg, ese sería el fin 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 experimento subterráneo del Proyecto de Oscilación con Aparato de Seguimiento de Emulsiones en Suiza, no han encontrado la anomalía que tanto LSND como MiniBooNE han visto.

En 2017, después de que el Observatorio de Neutrinos IceCube en la Antártida no pudo encontrar evidencia de neutrinos estériles, los investigadores señalaron a WordsSideKick.com que otra señal informada de partículas (antineutrinos perdidos en los reactores nucleares) fue un error El resultado de malos cálculos.

Los neutrinos estériles no eran una idea rechazada, dijo Scholberg, pero no eran ciencia aceptada.

El resultado de MiniBooNE complica la imagen de partículas.

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

Ella dijo que es posible que la anomalía en los experimentos de LSND y MiniBooNE se convierta en "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 también parece cada vez más posible que los científicos tengan que explicar por qué tantos otros experimentos no detectan neutrinos estériles muy reales que aparecen en Fermilab y Los Alamos Lab. Y si ese es el caso, tendrán que revisar toda su comprensión del universo en el proceso.

Publicado originalmente en Ciencia viva.


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