Nuevos resultados de un experimento de física de partículas de más de una década ofrecen información sobre eventos inexplicables similares a los electrones encontrados en experimentos anteriores.
Los resultados del experimento MicroBooNE, aunque no confirman la existencia de una nueva partícula propuesta, el neutrino estéril, proporcionan un camino a seguir para explorar la física más allá del Modelo Estándar, la teoría de las fuerzas fundamentales de la naturaleza y las partículas elementales.
«Los resultados hasta ahora de MicroBooNE hacen que la explicación de los eventos anómalos similares a los electrones del experimento MiniBooNE sea más probable que sea física más allá del Modelo Estándar», dijo en un comunicado William Louis, físico del Laboratorio Nacional de Los Alamos (Estados Unidos) y miembro de la colaboración MicroBooNE. «Qué es exactamente la nueva física, eso está por verse».
El experimento MicroBooNE en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi del Departamento de Energía de EE.UU. explora una anomalía sorprendente en la experimentación con haces de partículas descubierta por primera vez por investigadores del Laboratorio Nacional de Los Alamos.
En la década de 1990, el experimento del detector de neutrinos de centelleo líquido en el laboratorio vio más eventos similares a los electrones de lo esperado, en comparación con los cálculos basados en el modelo estándar.
En 2002, el experimento de seguimiento MiniBooNE en Fermilab comenzó a recopilar datos para investigar el resultado LSND con más detalle. Los científicos de MiniBooNE también vieron más eventos similares a los electrones que los cálculos basados en la predicción del Modelo Estándar. Pero el detector MiniBooNE tenía una limitación particular: no podía distinguir entre electrones y fotones (partículas de luz) cerca de donde interactuaba el neutrino.
El experimento MicroBooNE busca explorar la fuente de la anomalía de los eventos adicionales. El detector MicroBooNE se basa en técnicas y tecnología de vanguardia, utilizando sensores de luz especiales y más de 8.000 cables cuidadosamente conectados para capturar pistas de partículas. Está alojado en un recipiente cilíndrico de 40 pies de largo lleno con 170 toneladas de argón líquido puro. Los neutrinos chocan contra el líquido denso y transparente, liberando partículas adicionales que la electrónica puede registrar. Las imágenes resultantes muestran trayectorias detalladas de partículas y, fundamentalmente, distinguen los electrones de los fotones.
«La tecnología de argón líquido es relativamente nueva en la física de neutrinos, y MicroBooNE ha sido un pionero de esta tecnología, demostrando lo increíble que se puede hacer con la física», dijo Sowjanya Gollapinni, física de laboratorio y co-líder en el análisis. «Tuvimos que desarrollar todas las herramientas y técnicas desde cero, incluyendo cómo procesar la señal, cómo reconstruirla y cómo realizar la calibración, entre otros».
MicroBooNE incluyó una serie de mediciones: una medición de fotones y tres mediciones de electrones. A principios de octubre, los resultados de la medición de fotones, que buscaba específicamente la desintegración radiativa delta, proporcionaron la primera evidencia directa que desfavorecía un exceso de interacciones de neutrinos debido a esta producción anómala de fotón único como explicación del exceso de energía MiniBooNE. La desintegración radiativa delta fue el único fondo que el experimento MiniBooNE no pudo restringir directamente.
Los tres nuevos análisis de electrones abordan la cuestión de si el exceso se debe a la dispersión de un neutrino electrónico en un núcleo de argón, produciendo un electrón saliente. Los nuevos resultados desfavorecen ese proceso como una explicación del exceso de MiniBooNE, dejando la pregunta de qué causa la anomalía de MiniBooNE aún sin respuesta.
«En mi opinión, que ni la producción de fotones ni de electrones explica el exceso hace que la comprensión de los resultados de MiniBooNE sea más interesante, y es más probable que se aventure en una física muy interesante más allá del Modelo Estándar», dijo Louis.
Con solo la mitad de los datos de MicroBooNE aún evaluados, las posibles explicaciones que aún deben considerarse (o probarse en experimentos futuros) incluyen la posibilidad de que neutrinos estériles aún no probados puedan estar decayendo en rayos gamma. La desintegración del axión (el axión es otra partícula elemental hipotética) en gamma o un par electrón-positrón también podría ser responsable. Los neutrinos y axiones estériles podrían estar vinculados al sector oscuro, el reino hipotético de diferentes físicas y partículas aún no observadas.
