masa neutrinos, teoría de cuerdas

El misterio de la masa de los neutrinos: ¿tiene la teoría de cuerdas la clave?
La recientemente descubierta masa de los neutrinos tiene un valor tan pequeño, comparado
con otras partículas elementales, que su explicación es un problema abierto en Física de
Partículas de Altas Energías. En un reciente artículo de un grupo investigador del Instituto de
Física Teórica, IFT-UAM/CSIC, se proponeuna explicación basada en la existencia de efectos
de instantón en Teoría de Cuerdas.
Los neutrinos son una de las partículas elementales más enigmáticas de la Naturaleza. A
diferencia de otras partículas elementales, como los electrones o los quarks (constituyentes de
protones y neutrones), los neutrinos no tienen carga eléctrica, y hasta hace pocos años se
dudaba de que siquiera tuvieran unade las características más propias de las partículas: la
masa.
Los neutrinos son muy abundantes en el Universo, ya que se producen profusamente (además
de en reactores nucleares y en rayos cósmicos en la atmósfera terrestre) en las reacciones
nucleares de fusión en las estrellas, como el Sol. A pesar del intenso flujo de neutrinos que nos
atraviesa, la interacción de los neutrinos con lamateria es extremadamente débil y los hace
prácticamente indetectables. Su estudio experimental requiere la construcción de enormes
detectores subterráneos de miles de toneladas de material, cantidad necesaria para detectar
una mínima fracción del flujo de neutrinos. Los datos experimentales en las últimas décadas
(confirmados en 1998 por el detector super-Kamiokande en Japón) han mostrado quelos
8
neutrinos tienen una masa no nula, si bien ridículamente pequeña: aproximadamente 10 (100
millones de) veces menor que la del electrón!!
¿Por qué la masa de los neutrinos es tan pequeña comparada con la de otras partículas
elementales? En 1977 el físico suizo Peter Minkowski avanzó una posible respuesta. Propuso
la existencia de un nuevo tipo de neutrinos llamados dextrógiros(right-handed), con una masa
14
M elevadisíma, del orden de 10 (100 billones de) veces la del protón. En su modelo, la masa
2
de los neutrinos observados experimentalmente, estaría dada por la fórmula mneutr=m /M
(donde m sería la masa característica del resto de las partículas elementales). Este valor
concuerda bien con el orden de magnitud de las masas de neutrinos observada
experimentalmente. Elmodelo es conocido como el mecanismo del “balancín” (seesaw en
inglés), porque la elevada masa del neutrino dextrógiro “empuja” a valores muy pequeños el
valor de la masa del neutrino observado experimentalmente.
Esta propuesta es la explicación más aceptada, pero no parece despejar todas las incógnitas:
¿Qué son estos neutrinos dextrógiros? ¿Cuál es el origen de su enorme masa M? Desde elpunto de vista teórico, la existencia de neutrinos adicionales dextrógiros es natural. Muchas de
las teorías que intentan unificar las interacciones fundamentales de la Naturaleza en una sola
teoría unificada (como en las llamadas Teorías de Gran Unificación, o en las Teorías de
Cuerdas) admiten o predicen la existencia de estos neutrinos dextrógiros. Sin embargo, estas
teorías no parecíanproporcionar una explicación natural de la magnitud de su masa M.
Una posible explicación surge de resultados recientes sobre la dinámica de instantones en las
Teorías de Cuerdas, según las investigaciones de Luis E. Ibáñez y Ángel M. Uranga, miembros
del Instituto de Física Teórica (IFT), instituto mixto de la Universidad Autónoma de Madrid y el
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (ysimultáneamente propuesto por un grupo de
investigadores de la Universidad de Pensilvania y del Instituto Max Planck, Munich). Los
resultados del grupo del IFT han sido publicados en el artículo “Neutrino Majorana masses from
String Theory Instanton Effects”, publicado en la revista Journal of High Energy Physics, JHEP
0703:052,2007.

Unidad de Cultura Científica de la Universidad Autónoma de...