Entre los desafíos más emocionantes en la física moderna está la identificación del orden de masa de neutrinos. Los físicos del Cluster of Excellence PRISMA + en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz JGU juegan un papel principal en un nuevo estudio que indica que el rompecabezas de la masa de neutrinosel pedido puede resolverse finalmente en los próximos años, gracias al rendimiento combinado de dos nuevos experimentos de neutrinos que están en proceso: la actualización del experimento IceCube en el Polo Sur y el Observatorio de Neutrinos Subterráneos Jiangmen JUNOen China. Pronto darán a los físicos acceso a datos mucho más sensibles y complementarios sobre el ordenamiento masivo de neutrinos.
Los neutrinos son los camaleones entre las partículas elementales
Los neutrinos son producidos por fuentes naturales, en el interior del sol u otros objetos astronómicos, por ejemplo, pero también en grandes cantidades por las centrales nucleares. Sin embargo, pueden pasar a través de la materia normal, como el cuerpo humano- prácticamente sin obstáculos sin dejar rastro de su presencia. Esto significa que se necesitan métodos extremadamente complejos que requieren el uso de detectores masivos para observar las ocasionales reacciones raras en las que están involucradas estas 'partículas fantasmas'.
Los neutrinos vienen en tres tipos diferentes: neutrinos de electrones, muones y tau. Pueden cambiar de un tipo a otro, un fenómeno que los científicos llaman 'oscilación de neutrinos'. Es posible determinar la masa de las partículas a partir de las observaciones de la oscilaciónpatrones. Durante años, los físicos han estado tratando de establecer cuál de los tres neutrinos es el más ligero y cuál es el más pesado. El profesor Michael Wurm, físico del Grupo de Excelencia PRISMA + y el Instituto de Física de JGU, que está jugandoUn papel fundamental en la creación del experimento JUNO en China explica: "Creemos que responder esta pregunta contribuirá significativamente a permitirnos recopilar datos a largo plazo sobre la violación de la simetría de materia y antimateria en el sector de los neutrinos. Luego, utilizando estodatos, esperamos descubrir de una vez por todas por qué la materia y la antimateria no se aniquilaron por completo después del Big Bang ".
La cooperación global vale la pena
Ambos experimentos a gran escala utilizan métodos muy diferentes y complementarios para resolver el enigma de la ordenación de masas de neutrinos. "Un enfoque obvio es combinar los resultados esperados de ambos experimentos", señala el profesor Sebastian Böser, también delPRISMA + Cluster of Excellence y el Instituto de Física de JGU, que investiga los neutrinos y es uno de los principales contribuyentes al experimento IceCube.
Apenas dicho que hecho. En el número actual de la revista Physical Review D, los investigadores de IceCube y la colaboración JUNO han publicado un análisis combinado de sus experimentos. Para esto, los autores simularon los datos experimentales pronosticados en función deel tiempo de medición para cada experimento. Los resultados varían dependiendo de si las masas de neutrinos están en su orden normal o invertido invertido. Luego, los físicos realizaron una prueba estadística, en la cual aplicaron un análisis combinado a los resultados simulados de ambosexperimentos. Esto reveló el grado de sensibilidad con el que ambos experimentos combinados podían predecir el orden correcto, o más bien descartar el orden incorrecto. Como los patrones de oscilación observados en JUNO y IceCube dependen del orden de masa de neutrinos real de una manera específica para cada experimento, la prueba combinada tiene un poder de discriminación significativamente más alto que los resultados experimentales individuales, por lo que la combinación permitirá definirdescarte de manera activa el pedido incorrecto de masa de neutrinos dentro de un período de medición de tres a siete años.
"En este caso, el todo realmente es más que la suma de sus partes", concluye Sebastian Böser. "Aquí tenemos evidencia clara de la efectividad de un enfoque experimental complementario cuando se trata de resolver los rompecabezas de neutrinos restantes".Ningún experimento podría lograr esto por sí mismo, ya sea IceCube Upgrade, JUNO o cualquiera de los otros que se ejecutan actualmente ", agrega Michael Wurm." Además, solo muestra lo que los físicos de neutrinos aquí en Mainz pueden lograr trabajando juntos ".
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Materiales proporcionado por Johannes Gutenberg Universitaet Mainz . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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