Trabajando en la matriz de detectores de germanio en la sala blanca del laboratorio subterráneo Gran Sasso. Crédito:Colaboración J. Suvorov / GERDA
En la búsqueda de demostrar que la materia se puede producir sin antimateria, el experimento GERDA en el Laboratorio Subterráneo Gran Sasso en Italia busca signos de desintegración beta doble sin neutrinos. El experimento tiene la mayor sensibilidad a nivel mundial para detectar la descomposición en cuestión. Para mejorar aún más las posibilidades de éxito, un proyecto de seguimiento, LEYENDA, utiliza un experimento de desintegración aún más refinado.
Si bien el modelo estándar de física de partículas se ha mantenido prácticamente sin cambios desde su concepción inicial, Las observaciones experimentales de neutrinos han obligado a reconsiderar en su totalidad la parte de neutrinos de la teoría.
La oscilación de neutrinos fue la primera observación inconsistente con las predicciones, y demuestra que los neutrinos tienen masas distintas de cero, una propiedad que contradice el modelo estándar. En 2015, este descubrimiento fue recompensado con el Premio Nobel.
Adicionalmente, Existe la conjetura de larga data de que los neutrinos son las llamadas partículas de Majorana:a diferencia de todos los demás constituyentes de la materia, los neutrinos pueden ser sus propias antipartículas. Esto también explicaría por qué hay mucha más materia que antimateria en el universo.
El experimento GERDA está diseñado para analizar la hipótesis de Majorana mediante la búsqueda de la desintegración beta doble sin neutrinos del isótopo de germanio 76 Ge:Dos neutrones dentro de un 76 El núcleo de Ge se transforma simultáneamente en dos protones con la emisión de dos electrones. Esta descomposición está prohibida en el modelo estándar porque faltan los dos antineutrinos, la antimateria equilibrante.
La Universidad Técnica de Munich (TUM) ha sido un socio clave del proyecto GERDA (GERmanium Detector Array) durante muchos años. Prof. Stefan Schönert, quien dirige el grupo de investigación TUM, es el ponente del nuevo proyecto LEGEND.
Crédito:Colaboración GERDA
El experimento GERDA alcanza niveles extremos de sensibilidad
GERDA es el primer experimento que alcanza niveles excepcionalmente bajos de ruido de fondo y ahora ha superado la sensibilidad de la vida media para la desintegración de 10 26 años. En otras palabras, GERDA demuestra que el proceso tiene una vida media de al menos 10 26 años, o 10, 000, 000, 000, 000, 000 veces la edad del universo.
Los físicos saben que los neutrinos son al menos 100, 000 veces más ligero que los electrones, las siguientes partículas más pesadas. Su masa exacta, sin embargo, aún se desconoce, y es otro tema de investigación importante.
En la interpretación estándar, la vida media de la desintegración beta doble sin neutrinos está relacionada con una variante especial de la masa de neutrinos llamada masa de Majorana. Basado en el nuevo límite de GERDA y los de otros experimentos, esta masa debe ser al menos 1 millón de veces más pequeña que la de un electrón, o en términos de físicos, menos de 0.07 a 0.16 eV / c 2 .
En física de partículas, las masas no se especifican en kilogramos, sino más bien de acuerdo con la ecuación de Einstein E =mc 2 :electronvoltios [eV] dividido por la velocidad de la luz al cuadrado. Los electronvoltios son una medida de energía. Esta convención se utiliza para eludir unidades de masa insondablemente pequeñas:1 eV / c 2 corresponde a 1.8 × 10 -36 kilogramos.
De acuerdo con otros experimentos
Adicionalmente, otros experimentos limitan la masa de neutrinos:la misión Planck establece un límite en otra variante de la masa de neutrinos:la suma de las masas de todos los tipos de neutrinos conocidos es menor de 0,12 a 0,66 eV / c 2 .
El experimento de desintegración de tritio KATRIN en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) está configurado para medir la masa de neutrinos con una sensibilidad de aproximadamente 0,2 eV / c 2 en los próximos años. Estas masas no son directamente comparables, pero proporcionan una verificación cruzada del paradigma de que los neutrinos son partículas de Majorana. Hasta aquí, no se ha observado ninguna discrepancia.
De GERDA a LEGEND
Durante el período de recopilación de datos informado, Detectores operados por GERDA con una masa total de 35,6 kg de 76 Ge. Ahora, una colaboración internacional recién formada, LEYENDA, aumentará esta masa a 200 kg de 76 Ge hasta 2021 y reducir aún más el ruido de fondo. El objetivo es lograr una sensibilidad de 10 27 años dentro de los próximos cinco años.
