Los autores de un estudio publicado en Revisión física D han demostrado que la dispersión coherente de neutrinos con núcleos proporciona una forma novedosa de medir los radios de carga de neutrinos. Esta interacción se predijo teóricamente hace más de 40 años, pero la dificultad de medir el retroceso nuclear muy pequeño inhibió su observación experimental hasta 2017 por el experimento COHERENT.
Usando los datos COHERENTES, los autores de este artículo pudieron poner límites a los radios de carga de neutrinos, y, por primera vez, límites en los radios de carga de transición de neutrinos, que son cantidades más allá del modelo estándar de física de partículas.
Se cree ampliamente que los neutrinos son partículas neutras, Pero en la realidad, podrían tener una carga eléctrica muy pequeña, y es muy probable que tengan radios de carga. En efecto, en el modelo estándar, Los neutrinos tienen radios de carga muy pequeños del orden de 10 −33 centímetros cuadrados.
Hasta ahora, Los radios de carga de neutrinos se han buscado en experimentos de dispersión elástica de neutrinos y electrones. Para pequeñas transferencias de energía, tanto la sección transversal del modelo estándar como el efecto de los radios de carga de neutrinos en el caso de la dispersión elástica de neutrinos y electrones resultan ser menores en un factor del orden de la masa nuclear dividida por la masa del electrón con respecto al caso de coherencia Dispersión elástica del núcleo de neutrinos. Por lo tanto, en términos de recopilación de datos, Los experimentos coherentes de dispersión elástica de neutrinos y núcleos tienen un mayor potencial para investigar los radios de carga de neutrinos que las mediciones de la dispersión de neutrinos y electrones.
En la teoría fundamental de las interacciones de neutrinos electromagnéticos, los radios de carga de neutrinos se definen para neutrinos masivos. Sin embargo, los efectos de las oscilaciones de neutrinos pueden despreciarse para experimentos con una distancia corta entre la fuente de neutrinos y el detector, como en la configuración del experimento COHERENTE. En este caso, el radio de carga efectivo de un neutrino de sabor es relevante, donde "sabor" significa electrón, neutrinos muon o tau. Dado que en el límite ultrarrelativista, el factor de forma de carga conserva la helicidad del neutrino como las interacciones débiles del modelo estándar, la contribución del radio de carga de neutrinos a la dispersión elástica de neutrinos con una partícula cargada se suma de manera coherente a las interacciones débiles del modelo estándar y se puede expresar a través del cambio en el ángulo de mezcla débil, también conocido como ángulo de Weinberg.
Esta prescripción tiene en cuenta las contribuciones a las interacciones de neutrinos de los radios de carga de los tres neutrinos de sabor. Estos son los únicos radios de carga que existen en el modelo estándar, porque se conservan los números de leptones de la generación. Sin embargo, en teorías más allá del modelo estándar, los neutrinos pueden tener radios de carga de transición que cambian el sabor de los neutrinos. Por ejemplo, en teorías de neutrinos masivos, los radios de carga se definen en base a la masa de los neutrinos que se propagan físicamente, de modo que incluso si la matriz de los radios de carga de neutrinos es diagonal en la base de masa, los radios de carga de transición son generados por la mezcla, un fenómeno de la mecánica cuántica que implica que un neutrino creado con un número de familia de leptones específico puede medirse posteriormente para tener un número de familia de leptones diferente.
Los autores obtuvieron límites en los radios de carga diagonales y en los radios de carga de transición a partir de análisis del espectro de energía COHERENTE integrado en el tiempo y los datos COHERENTES dependientes del tiempo teniendo en cuenta la incertidumbre de las distribuciones de neutrones en cesio y yodo (el material objetivo de el experimento), parametrizado por los radios cuadrados medios de la raíz nuclear correspondiente. Los autores han demostrado que la información de tiempo de los datos COHERENTES restringe los rangos permitidos de los radios de carga, especialmente el de los neutrinos muónicos que resultaron estar en el rango -8 × 10 −32 hasta 11 × 10 −32 centímetros cuadrados a un nivel de confianza del 90 por ciento.
Estos resultados muestran perspectivas prometedoras para los experimentos actuales y futuros de dispersión de núcleos de neutrinos.
