Neutrinos estériles, Fundamentos de física entre explicaciones de resultados anómalos.

Los nuevos hallazgos científicos confirman una anomalía vista en experimentos anteriores, que puede apuntar a una nueva partícula elemental aún por confirmar, el neutrino estéril, o apuntar a la necesidad de una nueva explicación para un aspecto de Física modelo estándar, como la sección eficaz de los neutrinos, que se midió por primera vez hace 60 años. El Laboratorio Nacional de Los Álamos es la principal institución estadounidense que colabora en el Experimento Baksan sobre Transformaciones Estériles (BEST), cuyos resultados se publicaron recientemente en revistas. Cartas de revisión física Y el revisión física c.

“Los resultados son muy emocionantes”, dijo Steve Elliott, analista senior de uno de los equipos que evalúan los datos y miembro del departamento de física de Los Álamos. “Esto ciertamente vuelve a confirmar las anomalías que vimos en experimentos anteriores. Pero lo que esto significa no está claro. Ahora hay resultados contradictorios sobre neutrinos estériles. Si los resultados indican un malentendido de la física nuclear o atómica básica, eso también sería interesante”. Otros miembros del equipo de Los Álamos incluyen a Ralph Masarczyk y Enuk Kim.

Ubicado a gran profundidad en el Observatorio de Neutrinos Baksan en las montañas del Cáucaso en Rusia, el objetivo completo de dos regiones de galio, a la izquierda, contiene un depósito interno y externo de galio, que es irradiado por una fuente de neutrinos electrónicos. Crédito: AA Shikhin

Más de una milla bajo tierra en el Observatorio de Neutrinos de Baksan en las montañas rusas del Cáucaso 26 discos radiactivos de cromo 51, un isótopo radiactivo artificial de cromo y una fuente de neutrinos electrónicos de 3,4 megapicurie, se utilizan mejor para la radiación interna y externa del tanque de galio, material blando , metal plateado También en experimentos anteriores, aunque anteriormente se usaba en un solo tanque. La reacción entre los neutrinos electrónicos del cromo 51 y el galio produce el isótopo germanio 71.

La tasa de producción medida de germanio-71 fue entre un 20 % y un 24 % inferior a la esperada según los modelos teóricos. Esta discrepancia es consistente con las anomalías observadas en experimentos anteriores.

BEST se basa en el experimento de neutrinos solares, el Experimento de galio soviético-estadounidense (SAGE), en el que el Laboratorio Nacional de Los Álamos fue un importante contribuyente, a partir de fines de la década de 1980. Ese experimento también utilizó fuentes de galio y neutrinos de alta densidad. Los resultados de ese experimento y otros indicaron un déficit en los neutrinos electrónicos, una discrepancia entre los resultados esperados y los reales que se conoce como la “anomalía del galio”. La explicación del déficit podría ser la evidencia de oscilaciones entre los neutrinos electrónicos y los estados de neutrinos estériles.

Una matriz de 26 discos radiactivos de cromo-51 es la fuente de los neutrinos electrónicos que interactúan con el galio y producen germanio-71 a velocidades que pueden medirse frente a las velocidades esperadas. Crédito: AA Shikhin

La misma anomalía se repitió en el mejor experimento. Las posibles explicaciones incluyen nuevamente la oscilación en un neutrino estéril. Una partícula hipotética puede constituir una parte significativa de la materia oscura, una posible forma de materia que se cree que constituye la gran mayoría del universo físico. Esta interpretación puede necesitar más pruebas, porque la medida de cada tanque fue casi la misma, aunque menos de lo esperado.

Otras explicaciones de la anomalía incluyen la posibilidad de que haya un malentendido en la entrada teórica del experimento, que la física misma requiera una reformulación. Elliott señala que la sección transversal del neutrino electrónico no se ha medido previamente a estas energías. Por ejemplo, la entrada teórica para la medida de la sección transversal, que es difícil de confirmar, es la densidad electrónica en el núcleo atómico.

La metodología del experimento se revisó cuidadosamente para garantizar que no se produjeran errores en aspectos de la investigación, como la ubicación de la fuente de radiación o las operaciones del sistema de conteo. Las iteraciones futuras del experimento, si se realizan, pueden incluir una fuente de radiación diferente con mayor energía, vida media más larga y sensibilidad a longitudes de onda de oscilación más cortas.

Referencias:

“Resultados del experimento Baksan sobre transformaciones estériles (mejor)” Por VV Barinov et al., 9 de junio de 2022, disponible aquí. Cartas de revisión física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.232501

“Buscando transiciones de electrones y neutrinos a estados estériles en el mejor experimento” Por V. V. Barinov et al., 9 de junio de 2022, disponible aquí. revisión física c.
DOI: 10.1103/PhysRevC.105.065502

Financiamiento: Departamento de Energía, Oficina de Ciencias, Oficina de Física Nuclear.