Pesando la partícula subatómica más ligera.


En el mes de octubre de 2015 el dúo de científicos Takaaki Kajita (líder del experimento Super-Kamiokande) y Arthur B. McDonald (líder del experimento Sudbury Neutrino Observatory – SNO)  recibieron el premio Nobel de física debido a que comprobaron que los neutrinos tienen masa mediante la oscilación de neutrinos, lo que implica la no conservación del número leptónico, es decir “fallas” en el modelo estándar.


El neutrino es una partícula muy especial, muchos científicos afirman que sin el neutrino el universo sería totalmente diferente.
Pertenece a la familia de los leptones (fermiones), tiene características extrañas en comparación a los demás fermiones, como el posible hecho de que el neutrino es su propia antipartícula, es decir el neutrino es lo mismo que el antineutrino (eso significa que el neutrino es una partícula de Majorana).
También se pensó por un tiempo que los neutrinos viajaban más rápido que la luz, en septiembre del 2011 en una medición en CERN se obsevó que los Tau Neutrinos viajaban más rápido que la luz y por consecuencia llegaron más rápido a su destino al ser enviados desde CERN (en la frontera franco-suiza) hasta el laboratorio italiano de Gran Sasso por 60 nanosegundos , sin embargo en 2012 CERN notificó que esto fue un gran error de medición que se debió a una mala conexión de un cable de fibra óptica y la errónea sincronización entre dos cronómetros.

Desde hace muchos años se pensaba que el neutrino tiene una masa de 0 , como los fotones, para mala suerte el error de medición en 2011 reafirmó esta idea.
La oscilación de neutrinos es un fenómeno mecano cuántico el cual describe como una partícula en un sabor (estado) inicial se convierte en una partícula con un sabor diferente, es decir, un neutrino viaja a través del espacio con sabor tau (Tau neutrino) y momentos después se convierte en un neutrino con sabor muon (Muon neutrino) , esto se debe a que cada sabor diferente es una especie de mezcla de todos los sabores, para que este fenómeno sea posible, es necesario que la partícula tenga masa.

Ya se comprobó que los neutrinos tienen masa, entonces, ¿cuál es su masa? responder a esta pregunta es algo muy difícil, hasta donde se sabe, la masa del neutrino es aproximadamente 500,000 veces más pequeña que la de un electrón, se cree que los neutrinos no interactúan con el bosón de Higgs (medio por el cual los otros fermiones adquieren masa) , tal vez los neutrinos adquieren su masa por medio del término de masa de Majorana, es decir tal vez son partículas de Majorana.

Installation work inside main spectrometer

Espectrómetro por dentro.

 

Dentro de los experimentos de neutrinos existe uno llamado KATRIN, está enfocado a la medición de la masa de los neutrinos a través del principio de conservación de energía.

Una de las partículas a estudiar en esta investigación principalmente es el electrón producido en un decaimiento tipo beta (partículas beta / electrones beta), en este tipo de decaimiento se genera un electrón más un antineutrino o un positrón y un neutrino, tal vez te preguntes, ¿si se quiere medir la masa de un neutrino por qué se estudian los electrones? esto se debe al principio de conservación de energía,  Mientras más pesado es el neutrino emitido, la energía sobrante que el electrón tiene que cargar es menor
por lo tanto hay una energía máxima que puede adquirir el electrón cuando el neutrino es emitido
mencionó Boris Kayser, físico en Fermilab.

 

Representación gráfica de los aparatos utilizado en experimento.

 

KATRIN planea estudiar los electrones producidos en el decaimiento beta del tritio (isótopo del hidrógeno) utilizando un tanque gigante sintonizado a un voltaje especifico que solo permitirá el paso de electrones con una energía específica.
El tanque gigante es llamado Filtro MAC – E (Colimación Magnética Adiabática con filtro Electrostático)
es un espectrómetro en el que dos solenoides superconductores generan un campo magnético que guía a los electrones producidos en el decaimiento hasta el detector, el haz de electrones beta generados que fluye por el campo magnético se topa con un potencial electrostático generado por electrodos cilíndricos, todos los electrones con suficiente energía para superar la barrera electrostática se redireccionará hasta el detector, los demás serán reflejados.

Guido Drexlin, físico en KIT, Alemania (Instituto de Tecnología de  Karlsruhe) y co portavoz en KATRIN mencionó, “Si todo funciona como se planeó, pienso que tendremos hermosos resultados en 2017”

 

 

Fuentes:

 

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Originario de México, estudiante de ingeniería física en la facultad de físico matemáticas de la Universidad Autónoma de Coahuila (UAdeC) , baterista y escritor en Cerebro Digital.

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