La medición más precisa jamás realizada nos acerca a conocer la verdadera masa de la partícula 'fantasma'.

La masa en reposo de los neutrinos fantasma es una de las cantidades más buscadas en la física de partículas y los científicos están un paso más cerca de localizarla, gracias a un nuevo experimento dirigido por investigadores del Instituto Max Planck de Física Nuclear de Alemania.

Si se conoce la masa de los neutrinos, se podría abrir la puerta a la física más allá del modelo estándar de física de partículas, que describe todas las fuerzas conocidas y las partículas elementales del universo.

Decir que los neutrinos son extraños es quedarse corto. Una vez se sugirió que no había masa alguna, ahora está claro que esta partícula apenas existente es en realidad tres tipos en uno, con identidades que oscilan en una extraña confusión cuántica a medida que se precipita a través del espacio. Esta débil identidad significa masa, que también Viene en diferentes formasmanchado sobre la apariencia cambiante del neutrino.

Debido a que son tan ligeros y extraños, es posible que los neutrinos no sigan las mismas reglas que otras partículas. Agregar con precisión una muestra de sus masas increíblemente pequeñas puede ayudar a confirmar y descartar nuevos modelos en física de partículas.

Sin embargo, los físicos no pueden pesar grupos de neutrinos estacionarios como las uvas en una balanza. en lugar de, ellos simplemente pueden Confirmar existencia Estas partículas subatómicas al observar sus interacciones con otras partículas, o Midiendo productos Su decadencia. Podría ser simplemente la partícula Presente por el más breve momento Pero en ese momento deja su marca, o una huella, a partir de la cual los físicos pueden deducir la masa.

Sin embargo, al no tener carga y casi ninguna fuerza gravitacional, los neutrinos ejercen sólo las fuerzas más débiles sobre otras partículas. De hecho, miles de millones de neutrinos están fluyendo a través de tu cuerpo en este momento, la mayoría de ellos en camino desde el Sol, pero… Raramente interactúan Con nosotros.

Sin embargo, el hecho de que tengan poco efecto sobre otras partículas subatómicas no significa que los neutrinos no sean una parte esencial de lo que constituye la materia. que ellos Las moléculas más abundantes. Que tienen masa en el universo, y saber qué da estas diferencias en neutrinos con masas tan pequeñas distintas de cero puede ayudar a los físicos a resolver o comprender algunas de las discrepancias en el Modelo Estándar que los neutrinos exhiben en la forma en que oscilan.

Los físicos están mejorando constantemente sus mejores estimaciones de los límites superiores de las masas de neutrinos individuales y colectivos utilizando diferentes métodos. La medición más precisa hasta la fecha de un «sabor» llamado neutrino electrónico encontró que no podía tener más de 0,8 MeV. Traduciendo eso a masa en términos de 1 kilogramo (o 2,2 libras), es como el peso de cuatro pasas en comparación con el sol.

La estimación más reciente fue determinada en febrero de 2022 por el Experimento de tritio y neutrinos de Karlsruhe (catalina) en Alemania, se dedujo de la pulverización de electrones y neutrinos emitidos como una forma superpesada de desintegración del hidrógeno.

Otra forma de obtener la masa de un neutrino, por pequeña que sea, es estudiar qué sucede cuando el núcleo atómico del isótopo artificial holmio-163 absorbe un electrón de su capa interna. Como resultado, un protón se convierte en neutrón, se produce disprosio-163 y se libera un neutrino.

Los físicos pueden entonces medir la energía total liberada en esta desintegración utilizando una especie de calorímetro y deducir la masa del neutrino «faltante» que voló hacia el éter basándose en la masa total del átomo y en la famosa ecuación de Einstein, E = mc2.²Donde la masa y la energía son iguales.

Esto se calcula como el llamado valor x: Una diferencia de energía que puede traducirse en la masa «perdida» de la suma de partículas atómicas después de una reacción de desintegración. Esta diferencia de masa se interpreta como un neutrino.

Sin embargo, los átomos de oro en los que está presente el holmio-163 pueden afectar esta reacción de desintegración, El explica Christoph Schweiger, físico del Instituto Max Planck de Física Nuclear y autor principal del nuevo estudio.

«Por lo tanto, es importante medir el valor Q con la mayor precisión posible utilizando un método alternativo y compararlo con el valor determinado por calorimetría para detectar posibles fuentes sistemáticas de error». Él dice.

Para ello, Schweiger y sus colegas pusieron en marcha un experimento que combinaba cinco de los llamados Trampas de escrituraapilados uno encima del otro dentro de un imán superconductor colocado en el vacío y sumergido en helio líquido a unos 4 grados Kelvin (-269,1 grados Celsius o -452,5 grados Fahrenheit).

Todo este esfuerzo ayuda a proteger el equipo para que sea lo suficientemente sensible como para capturar partículas en las trampas Penning y medir diferencias de energía diminutas entre los iones cargados de holmio-163 y disprosio-163.

«Con un Airbus A-380 con una carga útil máxima, se puede utilizar esta sensibilidad para determinar si ha caído o no una sola gota de agua», dijo Schweiger. Él dice.

De hecho, los investigadores midieron los iones de holmio-163 entrantes y los iones de disprosio-163 resultantes para llegar a un valor Q de 2863,2 ± 0,6 eVC.^-2que es 50 veces más preciso que el voltaje anterior, que alcanzaba un valor de 2833 ± 34 V C.^-2.

Utilizar un valor Q más preciso y medido de forma independiente junto con otros resultados experimentales «es vital para evaluar las incertidumbres sistemáticas en la determinación de la masa del neutrino», dicen Schweiger y sus colegas. Escribiendo en su artículo publicado..

Aunque es sólo una pieza del rompecabezas, la resolución mejorada en métricas como Q se puede combinar con una amplia gama de métodos para comprender por qué los extraños y relucientes fantasmas del mundo de las partículas se comportan como poltergeists.

El estudio fue publicado en Física de la naturaleza.