Alysia Marino y Eric Zimmerman, físicos en CU Boulder, han estado a la caza de neutrinos durante las últimas dos décadas.

No es una hazaña fácil:los neutrinos se encuentran entre las partículas subatómicas más esquivas conocidas por la ciencia. No tienen carga y son tan livianos (cada uno tiene una masa muchas veces menor que el electrón) que interactúan solo en raras ocasiones con el mundo que los rodea.

También pueden ser la clave de algunos de los misterios más profundos de la física.

En un estudio publicado hoy en la revista Naturaleza , Marino Zimmerman y más de 400 otros investigadores en un experimento llamado T2K se acercan más a responder a uno de los grandes:¿Por qué el universo no se aniquiló a sí mismo en una enorme explosión de energía no mucho después del Big Bang?

La nueva investigación sugiere que la respuesta se reduce a una discrepancia sutil en la forma en que los neutrinos y sus gemelos malvados, los antineutrinos, comportarse:uno de los primeros indicios de que los fenómenos llamados materia y antimateria pueden no ser las imágenes especulares exactas que muchos científicos creían.

Los hallazgos del grupo muestran lo que los científicos pueden aprender al estudiar estas partículas sin pretensiones, dijo Zimmerman, profesor del Departamento de Física.

"Incluso hace 20 años, el campo de la física de neutrinos era mucho más pequeño de lo que es hoy, " él dijo.

Marino un profesor asociado de física, acordado. "Todavía estamos tratando de entender mucho sobre cómo interactúan los neutrinos, " ella dijo.

Big Bang

Neutrinos que no se detectaron directamente hasta la década de 1950, a menudo se producen en las profundidades de las estrellas y se encuentran entre las partículas más comunes del universo. Siempre segundo billones de ellos pasan por tu cuerpo, aunque pocos, si alguno, reaccionarán con uno solo de sus átomos.

Para entender por qué es importante esta pelusa cósmica de diente de león, ayuda volver al principio, al principio mismo.

Según sus cálculos, Los físicos creen que el Big Bang debe haber creado una gran cantidad de materia junto con una cantidad igual de antimateria. Estas partículas se comportan exactamente como, pero tienen cargas opuestas de, los protones, electrones y toda la otra materia que compone todo lo que puedes ver a tu alrededor.

Solo hay un problema con esa teoría:la materia y la antimateria se borran entre sí al contacto.

"Nuestro universo actual está dominado por la materia y no por la antimateria, "Dijo Marino." Así que tenía que haber algún proceso en la física que distinguiera la materia de la antimateria y podría haber dado lugar a un pequeño exceso de protones o electrones sobre sus antipartículas ".

Tiempo extraordinario, ese pequeño exceso se convirtió en un gran exceso hasta que prácticamente no quedó antimateria en el cosmos. Según una teoría popular, los neutrinos subyacen a esa discrepancia.

Zimmerman explicó que estas partículas subatómicas vienen en tres tipos diferentes, que los científicos llaman "sabores, "con interacciones únicas. Son el neutrino muón, neutrino electrónico y neutrino tau. Puedes pensar en ellos como el helado napolitano del físico.

Estos sabores, sin embargo, no te quedes quieto. Oscilan. Si les das suficiente tiempo, por ejemplo, las probabilidades de que un neutrino muónico permanezca como un neutrino muón pueden cambiar. Imagina abrir tu congelador y no saber si el helado de vainilla que dejaste ahora será de chocolate o de fresa, en lugar de.

Pero, ¿ocurre lo mismo con los antineutrinos? Los defensores de la teoría de la "leptogénesis" argumentan que si hubiera una pequeña diferencia en cómo se comportan estas imágenes especulares, podría ser de gran ayuda para explicar el desequilibrio en el universo.

"El siguiente gran paso en la física de neutrinos es comprender si las oscilaciones de neutrinos ocurren al mismo ritmo que las oscilaciones de antineutrinos, "Dijo Zimmerman.

Viajar por Japón

Ese, sin embargo, significa observar los neutrinos de cerca.

El T2K, o Tokai a Kamioka, El experimento llega a extremos extremos para lograrlo. En este esfuerzo, Los científicos usan un acelerador de partículas para disparar rayos compuestos de neutrinos desde un sitio de investigación en Tokai. Japón, a los detectores en Kamioka, una distancia de más de 180 millas o todo el ancho de la isla más grande de Japón, Honshu.

Zimmerman y Marino han participado en la colaboración desde la década de 2000. Durante los últimos nueve años, el dúo y sus colegas de todo el mundo han renunciado al estudio de haces de neutrinos muónicos y antineutrinos muónicos.

En su estudio más reciente, los investigadores encontraron tierra de pago:estos trozos de materia y antimateria parecen comportarse de manera diferente. Neutrinos muónicos, Zimmerman dijo:están más inclinados a oscilar en neutrinos electrónicos que sus contrapartes antineutrinos.

Los resultados vienen con importantes salvedades. Los hallazgos del equipo aún son bastante tímidos con respecto al estándar de oro de la comunidad física para un descubrimiento, una medida de significación estadística llamada "cinco sigma". La colaboración de T2K ya está mejorando el experimento para que pueda recopilar más datos y más rápido para alcanzar esa marca.

Pero, Marino dijo, los resultados proporcionan uno de los indicios más tentadores hasta la fecha de que algunos tipos de materia y antimateria pueden actuar de manera diferente, y no en una cantidad trivial.

"Para explicar los resultados de T2K, la diferencia debe ser casi la mayor cantidad posible "según la teoría, ella dijo.

Marino ve el estudio como una ventana al fascinante mundo de los neutrinos. Hay muchas más preguntas urgentes en torno a estas partículas, también:cuánto, por ejemplo, ¿Pesa cada sabor de neutrino? Son neutrinos, en un giro realmente extraño, en realidad sus propias antipartículas? Ella y Zimmerman están participando en una segunda colaboración, un próximo esfuerzo llamado Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos (DUNE), eso ayudará al T2K actualizado a encontrar esas respuestas.

"Todavía hay cosas que estamos averiguando porque los neutrinos son muy difíciles de producir en un laboratorio y requieren detectores tan complicados". "Dijo Marino." Todavía hay lugar para más sorpresas ".