T2K obtiene los primeros indicios de la transformación de neutrinos muónicos en neutrinos electrónicos


El experimento T2K, una colaboración donde participan más de 500 físicos de 12 países, ha detectado por primera vez la aparición de neutrinos electrónicos a partir de un haz de neutrinos muónicos. Es la primera vez que se observa este fenómeno, conocido como “oscilación”, entre este tipo de neutrinos, lo que supone un importante paso para entender mejor esta partícula elemental. Además, esta detección abre la puerta al estudio experimental de uno de los principales misterios del Universo: el dominio de la materia frente a la antimateria. En el experimento participan investigadores del Institut de Fìsica d’Altes Energies (IFAE, consorcio Generalitat de Catalunya-Universitat Autònoma de Barcelona) y del Institut de Fìsica Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València).

El experimento T2K fue diseñado para medir uno de los fenómenos físicos que afecta al neutrino, una enigmática partícula sin carga eléctrica y con apenas masa que interactúa débilmente con el resto de la materia. En este proceso, llamado “oscilación de los neutrinos”, los neutrinos de un cierto tipo alteran su naturaleza en vuelo transformándose en neutrinos de otro tipo (hay tres tipos, que corresponden a las familias de partículas fundamentales: neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico). La observación de este fenómeno contribuye a la medida de la masa de los diferentes tipos de neutrinos, un problema aún no resuelto por la ciencia, así como al entendimiento de sus relaciones. Ya se habían detectado fenómenos de oscilación entre otros tipos de neutrinos, pero nunca antes se había medido la aparición de neutrinos electrónicos a partir de neutrinos muónicos.

En la actualidad T2K es posiblemente el experimento de oscilaciones de neutrinos más sensible del mundo. Se compone del detector Super-Kamiokande, un gran tanque de 50.000 toneladas agua ultra pura con forma cilíndrica rodeado de miles de detectores de luz (fotomultiplicadores) apuntando hacia el interior del tanque situado bajo tierra en la localidad de Kamioka (Japón), y de un complejo de aceleradores, Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), donde neutrinos de tipo muón son producidos en grandes cantidades y enviados hacia Super-Kamiokande, a 295 kilómetros de distancia.

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La observación de la oscilación de neutrinos muónicos a neutrinos electrónicos es la principal motivación del experimento T2K. El descubrimiento de este modo de oscilación tendría un gran impacto en el futuro de este campo de la física y supondría el primer paso para resolver uno de los principales misterios del Universo: el dominio de la materia frente a la antimateria. Por esta razón, científicos de todo el mundo han desarrollado un ambicioso programa experimental dedicado a la observación de este fenómeno. Al experimento T2K contribuyen más de 500 investigadores de 12 nacionalidades. España participa con dos grupos de investigadores del Institut de Fìsica d’Altes Energies de Barcelona (IFAE) en Barcelona y del Institut de Fìsica Corpuscular (IFIC) en Valencia, que han participado en el diseño, construcción y operación del experimento durante los últimos 10 años, con el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación y del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider 2010.

Tras el análisis de los datos recogidos desde el inicio de la toma de datos en enero de 2010 hasta el gran terremoto de Japón, en marzo de 2011 (que obligó a parar el experimento), se han detectado 88 candidatos a neutrinos en Super-Kamiokande, de los cuales 6 han sido identificados como neutrinos de tipo electrón. Cuando los neutrinos electrónicos, fruto de la oscilación, interaccionan con la materia producen electrones (del mismo modo que los neutrinos muónicos producen un tipo de electrón más pesado llamado muón). Sin embargo, aunque se observen electrones hay otros fenómenos que pueden confundirse con las oscilaciones (ruido de fondo). En T2K se esperan entre uno y dos de estos sucesos de ruido, a comparar con los seis sucesos observados. La probabilidad de que este exceso sea debido a la aparición de neutrinos electrónicos se ha estimado en 99,3%, una probabilidad muy alta, que supone la primera indicación de la existencia de este fenómeno físico.

Hasta el terremoto del 11 de marzo de 2011, T2K había acumulado tan solo el 2% de  los neutrinos esperados durante la vida útil del experimento. J-PARC está siendo reparado, y la reanudación de la toma de datos se prevé para finales de 2011. Con los nuevos datos, los científicos de T2K esperan confirmar esta observación de la aparición de neutrinos electrónicos, y combinar esta medida con la de aparición de antineutrinos electrónicos (la antipartícula del neutrino electrónico), para investigar el fenómeno conocido como violación de CP con leptones (el tipo de partícula elemental al que pertenece el neutrino), que podría ser la clave para entender el origen de la asimetría entre materia y antimateria en el universo. La aparición de neutrinos electrónicos es el primer paso para la investigación de violación de CP en leptones, pero para alcanzar este objetivo es necesario incrementar la intensidad del haz de neutrinos producido por el acelerador en J-PARC y mejorar la sensibilidad de los detectores. La observación llevada a cabo en T2K supone un paso muy significativo en esta dirección.

http://www.fpa.csic.es

Enlaces:

http://www.bnl.gov/bnlweb/pubaf/pr/PR_display.asp?prID=1295

More details on this measurement have been provided in a press report at http://www.kek.jp/intra-e/press/2011/J-PARC_T2Kneutrino.html.

Media Contacts:
(For contacts in Japan, see above press release)

Prof. Chang Kee Jung, International Co-Spokesperson, T2K Collaboration, Stony Brook University (Stony Brook, NY)
chang.jung@stonybrook.edu
Phone: 631-632-8108 (o), 631-474-4563 (h), 631-707-2018 (c

Prof. Edward Kearns, Boston University (Boston, MA)
kearns@bu.edu
Phone: 617-353-3425

Prof. Thomas Kutter, Louisiana State University (Baton Rouge, LA)
kutter@phys.lsu.edu
Phone: 225-578-8310

Prof. Kevin McFarland, University of Rochester (Rochester, NY)
kevin@rochester.edu
Phone: 775-538-4668, 585-275-7076

Prof. Vittorio Paolone, University of Pittsburgh (Pittsburgh, PA)
paolonepitt@gmail.com
Phone: 412- 624–2764

Prof. Hank Sobel, University of California, Irvine (Irvine, CA)
hsobel@uci.edu
Phone: 949-824-6431

Prof. Walter Toki, Colorado State University (Fort Collin, CO)
toki@lamar.colostate.edu
Phone: 970-491-1548

Prof. Chris Walter, Duke University (Durham, NC)
chris.walter@duke.edu
Phone: 919-660-2535

Dr. Peter Wanderer, Brookhaven National Laboratory (Upton, NY)
wanderer@bnl.gov
Phone: 631-344-7687

Prof. R. Jeffrey Wilkes, University of Washington (Seattle, WA)
wilkes@u.washington.edu
Phone: 206-543-4232

Prof. Eric Zimmerman, University of Colorado (Boulder, CO)
edz@Colorado.EDU
Phone: 303-735-5338

The Standard Model of Particle Physics

El modelo estándar de la física de partículas es una teoría que describe las relaciones entre las interacciones fundamentales conocidas entre partículas elementales que componen toda la materia. Es una teoría cuántica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecánica cuántica y la relatividad especial. Hasta la fecha, casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estándar están de acuerdo con sus predicciones. Sin embargo, el modelo estándar no alcanza a ser una teoría completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad, la cuarta interacción fundamental conocida, y debido también al número elevado de parámetros numéricos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoría (en vez de derivarse a partir de primeros principios).

The Standard Model of particle physics is a theory of three of the four known fundamental interactions and the elementary particles that take part in these interactions. These particles make up all visible matter in the universe.

Every high energy physics experiment carried out since the mid-20th century has eventually yielded findings consistent with the Standard Model.

Still, the Standard Model falls short of being a complete theory of fundamental interactions because it does not include gravitation, dark matter, or dark energy. It is not quite a complete description of leptons either, because it does not describe nonzero neutrino masses, although simple natural extensions do.

Bibliografia wikipedia.org

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