Los neutrinos vienen en tres sabores compuestos por una mezcla de tres masas de neutrinos. Si bien se conocen las diferencias entre las masas, se disponía de poca información sobre la masa de las especies más ligeras hasta ahora.

Es importante comprender mejor los neutrinos y los procesos a través de los cuales obtienen su masa, ya que podrían revelar secretos sobre astrofísica. incluyendo cómo se mantiene unido el universo, por qué se está expandiendo y de qué está hecha la materia oscura.

Primer autor, Dr. Arthur Loureiro (UCL Física y Astronomía), dijo:"Cien mil millones de neutrinos vuelan a través del pulgar desde el Sol cada segundo, incluso por la noche. Estos son fantasmas muy débilmente interactivos de los que sabemos poco. Lo que sí sabemos es que a medida que se mueven, pueden cambiar entre sus tres sabores, y esto solo puede suceder si al menos dos de sus masas son distintas de cero ".

"Los tres sabores se pueden comparar con el helado en el que tienes una cucharada que contiene fresa, chocolate y vainilla. Siempre hay tres sabores presentes pero en diferentes proporciones, y la relación cambiante, y el extraño comportamiento de la partícula, solo puede explicarse por los neutrinos que tienen masa ".

El concepto de que los neutrinos tienen masa es relativamente nuevo, ya que el descubrimiento en 1998 le valió al profesor Takaaki Kajita y al profesor Arthur B. McDonald el Premio Nobel de Física 2015. Aún así, el modelo estándar utilizado por la física moderna aún no se ha actualizado para asignar una masa a los neutrinos.

El estudio, publicado hoy en Cartas de revisión física por investigadores de la UCL, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Institut d'Astrophysique de Paris y Universidade de Sao Paulo, establece un límite superior para la masa del neutrino más ligero por primera vez. La partícula técnicamente podría no tener masa ya que aún no se ha determinado un límite inferior.

El equipo utilizó un enfoque innovador para calcular la masa de neutrinos utilizando datos recopilados tanto por cosmólogos como por físicos de partículas. Esto incluyó el uso de datos de 1,1 millones de galaxias del Estudio espectroscópico de oscilación de bariones (BOSS) para medir la tasa de expansión del universo, y limitaciones de los experimentos con aceleradores de partículas.

"Usamos información de una variedad de fuentes, incluidos telescopios espaciales y terrestres que observaban la primera luz del Universo (la radiación de fondo de microondas cósmica), estrellas explosivas, el mapa tridimensional de galaxias más grande del Universo, aceleradores de partículas, reactores nucleares, y más, "dijo el Dr. Loureiro.

"Como los neutrinos son abundantes pero diminutos y escurridizos, necesitábamos todos los conocimientos disponibles para calcular su masa y nuestro método podría aplicarse a otras grandes cuestiones que desconciertan tanto a los cosmólogos como a los físicos de partículas ".

Los investigadores utilizaron la información para preparar un marco en el que modelar matemáticamente la masa de neutrinos y utilizaron la supercomputadora de UCL, Gracia, calcular la masa máxima posible del neutrino más ligero en 0,086 eV (IC del 95%), lo que equivale a 1,5 x 10-37 kg. Calcularon que tres sabores de neutrinos juntos tienen un límite superior de 0,26 eV (IC del 95%).

Segundo autor, Doctor. estudiante Andrei Cuceu (UCL Física y Astronomía), dijo:"Usamos más de medio millón de horas de computación para procesar los datos; esto equivale a casi 60 años en un solo procesador. Este proyecto empujó los límites del análisis de big data en cosmología".

El equipo dice que comprender cómo se puede estimar la masa de neutrinos es importante para futuros estudios cosmológicos como DESI y Euclid, que involucran a equipos de toda la UCL.

El Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) estudiará la estructura a gran escala del universo y su contenido de energía oscura y materia oscura con alta precisión. Euclid es un nuevo telescopio espacial que se está desarrollando con la Agencia Espacial Europea para mapear la geometría del Universo oscuro y la evolución de las estructuras cósmicas.

Profesor Ofer Lahav (UCL Física y Astronomía), El coautor del estudio y presidente de los Consorcios del Reino Unido de la Encuesta de Energía Oscura y DESI dijo:"Es impresionante que la agrupación de galaxias a escalas enormes pueda informarnos sobre la masa del neutrino más ligero, un resultado de fundamental importancia para la física. Este nuevo estudio demuestra que estamos en el camino de medir realmente las masas de neutrinos con la próxima generación de grandes estudios espectroscópicos de galaxias. como DESI, Euclides y otros ".

Arthur Loureiro y col., 'Sobre el límite superior de las masas de neutrinos de observaciones cosmológicas combinadas y experimentos de física de partículas' se publicará en Cartas de revisión física el jueves 22 de agosto de 2019.