Los neutrinos son las partículas elementales que viajan cerca de la velocidad de la luz, carecen una carga eléctrica, pueden pasar a través de la materia ordinaria casi imperturbada y son así extremadamente difíciles de detectar. En fecha 2007, se cree que los neutrinos tienen un minúsculo, pero diferente a cero, el total demasiado pequeño que se medirá. Son denotados generalmente por el &nu griego de la letra; (NU).

Los neutrinos se crean como resultado de ciertos tipos del decaimiento radiactivo o de las reacciones nucleares tal como ésos eso ocurre en el Sun, en los reactores nucleares o cuando los rayos cósmicos golpean los átomos. Hay tres tipos, o " flavors", de neutrinos: neutrinos del electrón del, neutrinos del muon del y neutrinos del tau del ; cada tipo también tiene un socio de la antimateria, llamado un Antineutrino . Los neutrinos del electrón se generan siempre que cambio de los protones en los neutrones mientras que se generan los antineutrinos del electrón siempre que el cambio de los neutrones en los protones éstos sea las dos formas del decaimiento beta . Las interacciones que implican los neutrinos son mediadas generalmente por la fuerza nuclear débil .

La mayoría de los neutrinos que pasan a través de la tierra emanan del sol, y más de 50 neutrinos solares de trillón electrones pasan a través del cuerpo humano cada segundo.

Historia

El neutrino primero fue postulado en diciembre de 1930 por el Wolfgang Pauli para explicar la conservación de la energía en el decaimiento beta, el decaimiento de un neutrón en un protón y un electrón . Pauli teorizó que una partícula desapercibida llevaba la diferencia observada entre la energía y el ímpetu de las partículas iniciales y finales. En 1942 el Kan-Chang Wang primero propuso utilizar beta-captura para detectar experimental los neutrinos. En el 1956 Clyde Cowan, el Frederick Reines, F. McGuire publicó el " del artículo; Detección del neutrino libre: un Confirmation" en la ciencia, un resultado que fue recompensado con el Premio Nobel 1995 Del . En este experimento, ahora conocido como el experimento del neutrino, los neutrinos creados en un reactor nuclear por decaimiento beta fueron tirados en los protones produciendo los neutrones y los positrones que podrían ser detectados. Ahora se sabe que las partículas propuestas y observadas eran antineutrinos.

El neutrino conocido del fue acuñado por el Enrique Fermi, que desarrolló la primera teoría que describía interacciones del neutrino, como retruécano en el neutrone, el nombre italiano del del neutrón : el neutrone del parece utilizar el - un sufijo de (incluso si es una palabra completa, no un compuesto), que en italiano indica un objeto grande, mientras que - el ino indica pequeño.

En el 1962 Leon M. Lederman, el Melvin Schwartz y el Gato Steinberger demostró que más de un tipo de neutrino existe por las primeras interacciones de detección del neutrino de Muon, que les ganó el Premio Nobel 1988 Del . Cuando un tercer tipo del Lepton, el tau, fue descubierto en 1975 en el acelerador linear de Stanford, se esperaba que también tuviera un neutrino asociado. La primera evidencia de este tercer tipo del neutrino vino de la observación de la energía que falta y el ímpetu en el tau decae análogo al decaimiento beta que lleva al descubrimiento del neutrino. La primera detección de interacciones del neutrino del tau fue anunciada en el verano de 2000 por la colaboración del BUÑUELO en el Fermilab, haciéndole la última partícula del modelo estándar, cuya era existencia dedujo ya ambos por consistencia teórica, tan bien como datos experimentales de LEP para haber sido observado directo.

Comenzando en el finales de los sesenta, varios experimentos encontraron que el número de neutrinos del electrón que llegaban del sol estaba entre una mitad y una mitad del número previsto por el modelo solar estándar, una discrepancia que se conocía como el problema solar del neutrino y seguido siendo sin resolver por unos treinta años.

El modelo estándar de la física de partícula asume los neutrinos sin masa y conserva sabores. Sin embargo, la masa diferente a cero del neutrino y el acompañamiento de la oscilación del sabor seguían siendo una posibilidad.

Un método práctico para investigar las masas del neutrino (es decir, oscilación del sabor) primero fue sugerido por el Bruno Pontecorvo en 1957 usar una analogía con el sistema neutral del Kaon ; durante los 10 años subsecuentes él desarrolló el formalismo matemático y la formulación moderna de las oscilaciones del vacío. En Stanislav 1985 Mikheyev y Alexei Smirnov (que se amplía en el trabajo 1978 por el Lincoln Wolfenstein ) observó que las oscilaciones del sabor pueden ser modificadas cuando los neutrinos propagan a través de materia. Este efecto supuesto MSW es importante entender los neutrinos emitidos por el Sun, que pasan a través de su atmósfera densa en su manera a los detectores en la tierra.

Comenzando en 1998, los experimentos comenzaron a demostrar que solar y los sabores atmosféricos del cambio de los neutrinos (véase el Estupendo-Kamiokande, el observatorio del neutrino de Sudbury). Aunque experimentos individuales, tales como el sistema del neutrino solar experimenta, es constante con los mecanismos non-oscillatory del sabor del neutrino la conversión, tomada en conjunto, los experimentos del neutrino implica la existencia de las oscilaciones del neutrino. Especialmente relevante en este contexto son el KamLAND del experimento del reactor y el acelerador experimentos tales como MINOS . El experimento de KamLAND ha identificado de hecho oscilaciones como el mecanismo de la conversión del sabor del neutrino implicado en la resolución del problema solar del neutrino: los neutrinos del electrón producidos en el sol habían cambiado en parte en otros sabores que los experimentos no podrían detectar. MINOS confirma semejantemente la oscilación de neutrinos atmosféricos y da una mejor determinación de partir ajustado masa (Maltoni, 2004). y Masatoshi Koshiba de Raymond Davis en común el Premio Nobel 2002 Del en la física . Rayo Davis para el suyo trabajo pionero sobre los neutrinos solares y Koshiba para la primera observación en tiempo real de los neutrinos de la supernova. La detección de neutrinos solares, y de neutrinos de la supernova del SN 1987A en 1987 marcó el principio de la astronomía del neutrino.

Características

El neutrino tiene vuelta del mitad-número entero ($\backslash \; comienzan\; \{\}\; \backslash \; frac\; \{1\}\; dela\; matriz\{2\}\; \backslash \; hbar\; \backslash \; extremo\; \{matriz\}$) y es por lo tanto un fermio . Porque es un Lepton eléctricamente neutral, el neutrino obra recíprocamente ni por el fuerte ni la fuerza electromágnetica, pero solamente con la fuerza débil y la gravedad .

Porque el seccionado transversalmente en interacciones nucleares débiles es muy pequeño, los neutrinos pueden pasar a través de la materia casi sin impedimentos. Para los neutrinos típicos producidos en el sol (con energías de algunos el MeV ), tardaría a aproximadamente un el año ligero (~10¹⁶m) del plomo a la mitad del bloque de ellos. La detección de neutrinos por lo tanto está desafiando, requiriendo vigas artificiales grandes del volumen de la detección o de intensidad alta del neutrino.

Todos los neutrinos observados hasta la fecha tienen chirality zurdo .

Tipos de neutrinos

Oscilaciones del sabor

considera también:

la oscilación del neutrino Los neutrinos se crean o se detectan lo más a menudo posible con un sabor bien definido (electrón, muon, tau). Sin embargo, en un fenómeno conocido como oscilación del sabor del neutrino, los neutrinos pueden oscilar entre los tres sabores disponibles mientras que propagan a través de espacio. Específicamente, esto ocurre porque los eigenstates del sabor del neutrino no son iguales que los eigenstates de la masa del neutrino (llamados simplemente 1, 2, 3). Esto permite un neutrino que fue producido como neutrino del electrón en una localización dada para tener una probabilidad calculable que se detectará como un muon o neutrino del tau después de que haya viajado a otra localización. Este efecto mecánico de Quantum primero fue hecho alusión por la discrepancia entre el número de neutrinos del electrón detectados de la base del sol que no podía emparejar los números previstos, doblados como el " " solar del problema del neutrino;. En el modelo estándar la existencia de las oscilaciones del sabor implica una masa diferente a cero del neutrino, porque la cantidad de mezcla entre los sabores del neutrino depende en un momento dado de las diferencias en sus ajustar-masas (aunque no está generalmente así pues, al mezclarse del modelo estándar sería cero para los neutrinos sin masa). En armonía con su naturaleza masiva, es todavía posible que el neutrino y el Antineutrino son de hecho la misma partícula, una hipótesis primero propuesta por el Majorana italiano de Ettore del físico. La razón de la necesidad de la masa de hacer los neutrinos equivalentes a los antineutrinos, es ésa solamente con una partícula masiva (que por lo tanto no pueda moverse a la velocidad de la luz) es él posible postular un marco de inercia que se mueva más rápidamente que la partícula, y de tal modo convierte su vuelta a partir de un tipo de " handedness" al otro (por ejemplo, derecho a la vuelta zurda), así haciendo cualquier tipo del neutrino en el nuevo marco, aparecer como su propia antipartícula.

Masa

El modelo estándar de la física de partícula asume que los neutrinos son sin masa, aunque el adición de los neutrinos masivos al marco básico no es difícil. De hecho, el fenómeno experimental establecido de la oscilación del neutrino requiere los neutrinos tener masas diferentes a cero.

El límite superior más fuerte en las masas de neutrinos viene del cosmología : el modelo de Big Bang predice que hay un cociente fijo entre el número de neutrinos y el número de los fotones en el fondo cósmico de la microonda. Si la energía total de los tres tipos de neutrinos excediera un promedio de 50 electronvoltios por el neutrino, habría tanto total en el universo que se derrumbaría. Este límite puede ser evitado si se asume que el neutrino es inestable; sin embargo, hay los límites dentro del modelo estándar que hacen esto difícil. Un constreñimiento mucho más riguroso viene de un análisis cuidadoso de datos cosmológicos, tales como la radiación de fondo cósmica de la microonda, encuestas sobre la galaxia y el bosque de la Lyman-alfa. Éstos indican que la suma de las masas del neutrino debe ser menos de 0.3 electronvoltios (Goobar, 2006).

En 1998, los resultados de investigación en el detector Estupendo-Kamiokande del neutrino determinaron que los neutrinos condimentan de hecho oscilan, y por lo tanto tienen Massachusetts. El experimento es solamente sensible a la diferencia en los cuadrados de las masas. Estas diferencias se saben para ser muy pequeñas, cerca de 0.05 electronvoltios (Mohapatra, 2005).

La mejor estimación de la diferencia en los cuadrados de las masas de los eigenstates totales 1 y 2 fue publicada por el KamLAND en 2005: Δm₂₁²  =  0.000079  eV²

En 2006, el experimento MINOS oscilaciones medidas de una viga intensa del neutrino del muon, determinando la diferencia en los cuadrados de las masas entre los eigenstates 2 y 3. de la masa del neutrino. Los resultados iniciales indican Δm₂₃²  =  0.0031  eV², constante con resultados anteriores Estupendo-k.

Un número de esfuerzos están actual en curso determinar directo la escala total del neutrino absoluto en experimentos del laboratorio. Los métodos aplicados implican el decaimiento beta nuclear ( CATALINA y YEGUA) o el decaimiento beta doble neutrinoless (e. GERDA, CUORE/Cuoricino, NEMO 3 y otros).

Uso de las manos

La demostración experimental de los resultados que (casi) todos los neutrinos producidos y observados tienen helicidades zurdas (vueltas antiparalelas a los ímpetus ), y todos los antineutrinos tienen helicidades derechas, dentro de la margen de error. En el límite sin masa, significa que solamente uno de dos chiralities posibles está observado para cualquier partícula. Éstos son los únicos chiralities incluidos en el modelo estándar de las interacciones de la partícula.

Es posible que no existen sus contrapartes (los neutrinos derechos y antineutrinos zurdos) simplemente. Si hacen, sus características son substancialmente diferentes de los neutrinos y de los antineutrinos observables. > ) o as muy pesada (en la orden de la escala de la TRIPA - ver el Seesaw el mecanismo ), no participa en la interacción débil (neutrinos estéril del supuesto ), o ambas.

La existencia de las masas diferentes a cero del neutrino complica algo la situación. Los neutrinos se producen en interacciones débiles como eigenstates del chirality. Sin embargo, el chirality de una partícula masiva no es un constante del movimiento; la helicidad es, pero el operador del chirality no comparte eigenstates con el operador de la helicidad. Los neutrinos libres propagan como mezclas de estados izquierdos y derechos de la helicidad, con amplitudes de mezcla en la pedido del $m\_\; \{\backslash \; NU\}\; /E$. Esto no afecta perceptiblemente a los experimentos, porque los neutrinos implicados son casi siempre ultrarelativistic, y las amplitudes así de mezcla son vanishingly pequeñas (por ejemplo, la mayoría de los neutrinos solares tienen energías en la orden de 100  keV– 1  MeV, tan la fracción de neutrinos con el " wrong" la helicidad entre ellos no puede exceder $10^\; \{-\; 10\}$).

Fuentes del neutrino

Neutrinos artificial producidos

Los reactores nucleares son la fuente principal de neutrinos humano-generados. Los Anti-neutrinos se hacen en el beta-decaimiento de los fragmentos neutrón-ricos de la hija en el proceso de la fisión. Generalmente, los cuatro isótopos principales que contribuyen al flujo del anti-neutrino son: Uranio -235, uranio -238, plutonio -239 y plutonio -241. Una central nuclear media puede generar sobre los anti-neutrinos 10²⁰ por segundo.

Algunos aceleradores de partícula se han utilizado para hacer vigas del neutrino. La técnica es romper los protones en una blanco fija, produciendo los piones cargados o los Kaons estas partículas inestables entonces se enfocan magnético en un túnel largo donde decaen mientras que en vuelo. Debido a el alza relativista de la partícula de decaimiento los neutrinos se producen como viga algo que isotropically.

Las bombas nucleares también producen muy una gran cantidad de neutrinos. Fred Reines y pensamiento de Clyde Cowan sobre intentar detectar los neutrinos de una bomba antes de que cambiaran a buscar los neutrinos del reactor.

Neutrinos geológico producidos

Los neutrinos se producen como resultado de la radiación de fondo natural . Particularmente, las cadenas de decaimiento del uranio -238 y los isótopos del torio -232, así como el potasio -40, incluyen el beta decaen que emitan los anti-neutrinos. Estos geoneutrinos supuestos pueden proporcionar la información valiosa en el interior de tierra. Una primera indicación para los geoneutrinos fue encontrada por el experimento de KamLAND en 2005. El fondo principal de KamLAND en la medida del geoneutrino es los anti-neutrinos que vienen de los reactores. Varios experimentos futuros tienen como objetivo el mejorar de la medida del geoneutrino y éstos tendrán que necesario ser lejanos de los reactores.

Neutrinos atmosféricos

Resultado atmosférico de los neutrinos de la interacción de los rayos cósmicos con los núcleos atómicos en la atmósfera de tierra, creando duchas de partículas, muchos cuyo ser inestable y neutrinos del producto cuando decaen. Una colaboración de los físicos de la partícula del instituto de Tata de la investigación fundamental (TIFR), de la India, de la universidad de ciudad de Osaka, de Japón y de la universidad de Durham, Reino Unido registró la primera interacción del neutrino del rayo cósmico en un laboratorio subterráneo en minas de oro KGF en la India en 1965.

Neutrinos solares

Los neutrinos solares originan de la fusión nuclear que acciona el Sun y otras estrellas. Los detalles de la operación del sol son explicados por el modelo solar estándar . En cortocircuito: cuando cuatro protones se funden para convertirse en un núcleo del helio, dos de ellos tienen que convertir en los neutrones, y lanzamientos de cada tales conversión un neutrino del electrón.

El sol envía números enormes de neutrinos en todas las direcciones. Cada segundo, cerca de 70 neutrinos solares mil millones (7×10¹⁰) pasan con cada centímetro cuadrado en la tierra que hace frente al sol. Puesto que los neutrinos son absorbidos insignificante por la masa de la tierra, la superficie en el lado de la tierra enfrente del Sun recibe el número casi igual de neutrinos como el revestimiento lateral el Sun.

Supernovas

Los neutrinos son un producto importante de los tipos Ib, Ic e II (corazón-derrumbarse) las supernovas en tales acontecimientos, la presión en la base llegan a ser tan altas (10¹⁴ g/cm ³) que la degeneración de electrones no es bastante para evitar que los protones y los electrones combinen para formar un neutrón y un neutrino del electrón. Una segunda y más importante fuente del neutrino es la energía termal (100 mil millones Kelvin) de la base recién formado del neutrón, que se disipa vía la formación de pares del neutrino-antineutrino de todos los sabores. La mayor parte de la energía produjo en supernovas se irradia así lejos bajo la forma de explosión inmensa de neutrinos. La primera evidencia experimental de este fenómeno vino en el año 1987, cuando los neutrinos de la supernova 1987A fueron detectados. El a base de agua Kamiokande II de los detectores y el IMB detectaron 11 y 8 antineutrinos de origen termal,.

Zenithic

Neutrino

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