Un experimento de mesa de trabajo limita el tamaño del neutrino – CERN Courier

¿Cuál es el tamaño de un neutrino? Aunque la respuesta depende del proceso físico que los creó, el conocimiento del tamaño de los paquetes de ondas de neutrinos actualmente es tan ilimitado que cada medición importa. Los nuevos resultados del experimento de captura de electrones con berilio en uniones de túneles superconductores (BeEST) en TRIUMF, Canadá, han establecido nuevos límites inferiores en el tamaño del paquete de ondas de neutrinos en experimentos terrestres, aunque los teóricos no están de acuerdo sobre cómo interpretar los datos.

Los neutrinos se forman como una mezcla de estados propios de masa. Cada estado propio es un paquete de ondas con una velocidad de grupo única. Si los paquetes de ondas son demasiado estrechos, eventualmente dejan de interferir a medida que la onda evoluciona y se pierde la interferencia cuántica. Si los paquetes de ondas son muy anchos, se resuelve un único estado propio de la masa según el principio de incertidumbre de Heisenberg y también se pierde la interferencia cuántica. Sin interferencia cuántica no hay oscilaciones de neutrinos.

“Las condiciones de coherencia limitan la longitud de los paquetes de ondas de neutrinos desde abajo y desde arriba”, explica el teórico Evgeny Akhmedov del Instituto Max Planck de Astrofísica de Heidelberg. “Para los neutrinos, estas restricciones son compatibles y la ventana permitida es muy grande porque los neutrinos son. muy ligero. Esto también indica «Una respuesta a la pregunta frecuente de por qué los leptones cargados no oscilan».

El equipo de BeEST dice que la extensión espacial del paquete de ondas de neutrinos hasta ahora se ha limitado a sólo 13 órdenes de magnitud debido a las oscilaciones de neutrinos del reactor. Si los tamaños de los paquetes de ondas están en el mínimo experimental establecido por los datos de oscilación global, podrían tener un impacto en futuros experimentos de oscilación, como el Observatorio Subterráneo de Neutrinos de Jiangmen (JUNO), actualmente en construcción en China.

“Esto habría destruido la capacidad de Juno para explorar el orden de masa de los neutrinos”, dice Akhmedov. “Sin embargo, esperamos que los tamaños reales sean al menos seis órdenes de magnitud mayores que los datos mínimos de oscilación global. No tenemos esperanzas de explorarlos. «En mi opinión, en experimentos de oscilación terrestre, aunque la situación puede ser diferente para los neutrinos astrofísicos y cosmológicos».

BeEST utiliza un nuevo método para limitar el tamaño del haz de ondas de neutrinos. El grupo crea neutrinos electrónicos capturando electrones en los inestables. ⁷Los núcleos se producen en las instalaciones de TRIUMF-ISAC en Vancouver. En el estado final, sólo quedan dos productos: un neutrino electrónico y un neutrino recién transformado. ⁷Un átomo hijo de litio que recibe un pequeño «impulso» de energía al emitir un neutrino. Incluyendo ⁷Utilizando isótopos fotovoltaicos como sensores cuánticos superconductores a 0,1 Kelvin, el equipo puede medir este rebote de baja energía con alta precisión. A través del principio de incertidumbre, el equipo infiere un límite para la localización espacial del sistema completo en el estado final a 6,2 picómetros, más de 1.000 veces la del propio núcleo.

No se ha llegado a un consenso sobre cómo derivar el nuevo tamaño mínimo del haz de ondas de neutrinos, y la versión inicial cita dos límites inferiores del orden de 10^-11M y 10^-8Estos resultados se basan en diferentes supuestos teóricos. Aunque difieren significativamente, el término más débil mejora todos los datos previos de oscilación del reactor en más de un orden de magnitud, y es suficiente para descartar efectos de pérdida de cohesión como explicación de la anomalía de los neutrinos estériles, dice la colaboración.

“Creo que el límite más estricto es correcto”, dice Akhmetov, quien señala que este límite es sólo alrededor de 1,5 órdenes de magnitud menor que algunas predicciones teóricas. “No soy un experimentalista, por lo que no puedo juzgar si una mejora de 1,5 es correcta. posible.» «Un orden de magnitud en el futuro previsible, pero tengo muchas esperanzas de que sea posible».