Oscilación de neutrinos

Resumen
En el a˜
no de 1930 Wolfgang Pauli propone la existencia de una part´ıcula para compensar la perdida de energ´ıa y momento en el decaimiento beta
(β) de los neutrones (En la desintegraci´
on beta un n´
ucleo con Z protones
y N neutrones se desintegra emitiendo una part´ıcula beta (un electr´
on o
positr´
on) y convirti´endose en un n´
ucleo distinto, con Z−1 protones y N +1neutrones. En otras palabras, es como si un neutr´
on dentro del n´
ucleo se
transformase en un prot´
on y un electr´
on), por medio de la ecuaci´
on:
n → p + e− + ν
Pauli interpreto que a esta part´ıcula se le deber´ıan asociar las cantidades
faltantes para que tanto la energ´ıa como el momento fuesen conservados,
sin embargo dicha part´ıcula tendr´ıa que ser neutra, sin masa, de spin 1/2y sin interacci´
on fuerte; algo que para la ´epoca esta part´ıcula no pod´ıa ser
observada.
En 1956 Reines y Cowan descubren el neutrino, junto con otras part´ıculas
que interact´
uan devilmente; con la invenci´
on de nuevos aceleradores y
detectores mas sofisticados se sabe que la part´ıcula del neutrino viene en
tres sabores esto es:
νe , νµ , ντ
y son denominados neutrino electr´onico, neutrino mu´
onico, neutrino tau´
onico respectivamente; el hecho que se asocie un neutrino por cada familia
lept´
onica no corresponde a part´ıculas predichas por el modelo est´
andar,
ya que en dicho modelo el neutrino se propone sin masa. La oscilaci´
on de
los neutrinos es un fen´
omeno cu´
antico y fue predicho por Bruno Pontecorvo, la idea es que un neutrino que es creado conun sabor especifico
(i.e. νe , νµ , ντ ) despu´es de un tiempo es medido con un sabor diferente
del inicial.
En este texto se pretende dar una idea general con las ecuaciones responsables de la oscilaci´
on de los neutrinos, se presentaran los c´
alculos necesarios
como tambi´en las explicaciones pertinentes de los conceptos f´ısicos.

1.

Historia

En el a˜
no de 1934 Enrico Fermi yPerrin proponen el primer m´etodo para
la medici´
on de la masa del neutrino, en la parte de alta energ´ıa del espectro β
(energ´ıas para el electr´
on o positr´on), en donde el neutrino tiene una energ´ıa
muy peque˜
na.
En los primeros experimentos (G. Hanna y B. Pontecorvo) en 1949 se encuentra una cota para la masa de los neutrinos (mν
500eV ), dicha cota
depende de los niveles deenerg´ıa con los que se mide la masa de los eutrinos;
en el momento del descubrimiento de la violaci´on de paridad (1956-57) se encuentra una nueva cota de la masa de los neutrinos (mν 200eV
4×10−4 me ).
En 1942 Wang Ganchang propone por primera vez el uso de captura-beta
para detectar experimentalmente neutrinos. En la edici´on del 20 de julio 1956 de
la revista Ciencia, Clyde Cowan, FrederickReines, F.B. Harrison, H.W. Kruse,
y A.D. McGuire, public´
o la confirmaci´on de que hab´ıan detectado el neutrino,
un resultado que fue recompensado casi cuarenta a˜
nos m´as tarde con el Premio

1

Figura 1: Espectro de enrg´ıa beta

Figura 2: Clyde Cowan guiando el experimento del neutrino 1956
Nobel de 1995. En 1962, Leon M. Lederman, Melvin Schwartz y Jack Steinberger mostraronpor primera vez que existen m´as de un tipo de neutrino, esto
con la detecci´
on de interacciones del neutrino mu´on (ya hipot´eticos con el nombre neutretto), lo que les vali´
o el Premio Nobel de F´ısica en 1988. La primera
evidencia del neutrino tau provino de la observaci´on de la falta de energ´ıa y
el momento en el decaimiento del lept´on tau, con analog´ıa de desintegraci´on
beta queconduce al descubrimiento del neutrino. La detecci´on de interacciones
de neutrinos tau se anunci´
o en el verano de 2000 gracias a la colaboraci´on del
experimento DONUT en el Fermilab.

2.

Detecci´
on de neutrinos y el d´
eficit solar

Desde que Wolfgang Pauli postulo la existencia del neutrino ν como un intento para salvar la ley de conservaci´on de energ´ıa y momento en el...