Zumbando a través del espacio, a través de nuestros cuerpos, prácticamente en todas partes, hay miles de millones de miles de neutrinos. Detrás de los fotones como la partícula fundamental más abundante en el universo, los neutrinos disfrutan de un apogeo popular. El tema de un reciente Premio Nobel y el AvancePremio en Física Fundamental, los neutrinos tienen cientos de científicos en todo el mundo, incluidos varios en la Universidad del Estado de Colorado, que trabajan para desbloquear todos sus misterios.
Dos colaboraciones científicas internacionales separadas que estudian los neutrinos, el experimento T2K en Japón y el experimento NOvA en Fermilab, han informado nuevas ideas sobre cómo se comportan los neutrinos. Los investigadores de CSU han jugado un papel importante en ambos. Se anunciaron ambos conjuntos de hallazgos de neutrinosen la Conferencia Internacional sobre Física de Alta Energía en Chicago, del 3 al 10 de agosto.
Los científicos de T2K, entre ellos los profesores de física de CSU Walter Toki y Robert J. Wilson, han informado una diferencia clave en el comportamiento entre los neutrinos y sus partículas opuestas iguales, antineutrinos. Descubrieron que los neutrinos oscilan, es decir, cambian entre tresdiferentes "sabores", a ritmos diferentes a los que oscilan los antineutrinos el descubrimiento de que los neutrinos oscilan en absoluto fue el tema del Premio Nobel de Física 2015.
En particular, los investigadores de T2K descubrieron que la probabilidad de que los neutrinos de tipo muón oscilen en neutrinos de tipo electrónico es mayor que la probabilidad de que los antineutrinos de tipo muón oscilen en antineutrinos de tipo electrónico.
¿Por qué es esto significativo? Estos resultados, explicó Toki, violan un principio de física de larga data llamado simetría de paridad de carga.
"Según la teoría, estas tasas de oscilación deberían haber estado más cerca", dijo Toki. "A partir de aquí, básicamente vamos a tomar aún más datos para tratar de aumentar el número de eventos de oscilación. Esto significará una mayor precisión enlo que parece ser una gran diferencia entre neutrinos y antineutrinos ".
La violación de la simetría de paridad de carga podría ser la clave para "una de las preguntas más profundas de la ciencia": por qué el universo está compuesto de materia hoy, a pesar de que el Big Bang produjo partes iguales de materia y antimateria, según la colaboración de T2Kcomunicado de prensa sobre los resultados.
El resultado de T2K no cuenta aún como estadísticamente significativo, advierten los científicos. "Sin embargo, es una pista intrigante que el neutrino continuará proporcionando nuevos avances en nuestra comprensión del universo".
T2K comprende un acelerador de protones llamado J-PARC en la costa este de Japón, y el detector Super-Kamiokande a 180 millas de distancia en la costa oeste de Japón. El experimento consiste en disparar un rayo de neutrinos desde el acelerador al detector, ycientíficos observando cómo cambian e interactúan los muones.
"Los neutrinos son tan interesantes como lo eran los electrones hace 150 años", dijo Toki. "Creemos que los neutrinos se encuentran en una etapa inicial de comprensión".
En CSU, los investigadores de T2K incluyen a Toki, Wilson, los científicos del personal Dan Cherdack y Erez Reinherz-Aronis, y los estudiantes graduados Thomas Campbell, Matt Hogan y Jackie Schwehr. T2K disparó su primer haz de neutrinos en 2009.
Norman Buchanan de CSU, profesor asociado de física, trabaja en el experimento NOvA de Fermilab, que se ejecuta desde 2014. Al igual que T2K, NOvA también analiza cómo oscilan los neutrinos entre "sabores" - muón, tau y electrón - y también cómo existen entres estados de masa. Los neutrinos son difíciles de estudiar porque siguen cambiando sus identidades. Además, los sabores no se corresponden necesariamente con los tres estados de masa. La forma en que los sabores y las masas se relacionan en el mundo de los neutrinos es un proceso llamado mezcla.
Los científicos de NOvA ahora informan evidencia de que uno de los tres estados de masa de neutrinos podría no incluir partes iguales de sabores de muón y tau, como se pensaba anteriormente. Esto se llama "mezcla no máxima". El experimento aún no ha recopilado suficientes datos para afirmardescubrimiento de mezclas no máximas, pero la exploración adicional buscará confirmar estos resultados iniciales.
"Queremos ver más de cerca la física aquí, porque está sucediendo algo a lo que todavía no hemos accedido", dijo Buchanan.
Buchanan dijo que hay muchas razones para estar entusiasmado con los neutrinos. Lo que más le intriga es la oportunidad de aprender más sobre la débil fuerza nuclear. Los neutrinos son las únicas partículas de materia que interactúan exclusivamente a través de esta fuerza física fundamental.
"El electromagnetismo se entiende bien, y la fuerza fuerte es realmente una versión complicada de la fuerza electromagnética", explicó Buchanan. "La interacción débil es la extraña. Es muy extraño. Por eso, es una sonda importante".en el Modelo Estándar de Física, pero también, para mirar más allá del Modelo Estándar. Todo lo que nos dice si algo extraño va a suceder, todo lo extraño de la física de partículas, esperamos encontrarlo en el sector débil ".
El grupo de Buchanan en CSU tiene una participación significativa en el análisis de las interacciones en el detector cercano de NOvA utilizando los haces de neutrinos y antineutrinos. También es uno de los principales científicos de NOvA que trabajan en física no relacionada con el haz, como los neutrinosresultante de supernovas, o indicaciones de materia oscura.
Los científicos de NOvA pronto comenzarán a recopilar datos sobre neutrinos y antineutrinos, similares a T2K.
En CSU, Buchanan trabaja en NOvA con el investigador postdoctoral Shih-Kai Lin y los estudiantes graduados Paul Rojas y Matt Judah.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Colorado . Original escrito por Anne Ju Manning. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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