La oscilación de neutrinos es un fenómeno mecánico cuántico en el que un neutrino creado con un número de familia de leptones específico ("sabor de leptones": electrón , muón o tau ) puede medirse posteriormente para tener un número de familia de leptones diferente. La probabilidad de medir un sabor particular para un neutrino varía entre tres estados conocidos, a medida que se propaga por el espacio. [1]
Predicha por primera vez por Bruno Pontecorvo en 1957, [2] [3] la oscilación de neutrinos ha sido observada desde entonces por una multitud de experimentos en varios contextos diferentes. En particular, la existencia de la oscilación de neutrinos resolvió el antiguo problema de los neutrinos solares .
La oscilación de neutrinos es de gran interés teórico y experimental , ya que las propiedades precisas del proceso pueden arrojar luz sobre varias propiedades del neutrino. En particular, implica que el neutrino tiene una masa distinta de cero, lo que requiere una modificación del modelo estándar de física de partículas . [1] El descubrimiento experimental de la oscilación de neutrinos y, por lo tanto, de la masa de neutrinos, por parte del Observatorio Super-Kamiokande y los Observatorios de neutrinos de Sudbury fue reconocido con el Premio Nobel de Física de 2015 . [4]
Se ha recopilado una gran cantidad de evidencia de la oscilación de neutrinos de muchas fuentes, en una amplia gama de energías de neutrinos y con muchas tecnologías de detección diferentes. [5] El Premio Nobel de Física de 2015 fue compartido por Takaaki Kajita y Arthur B. McDonald por sus primeras observaciones pioneras de estas oscilaciones.
La oscilación de neutrinos es una función de la relación L ⁄ E , donde L es la distancia recorrida y E es la energía del neutrino. (Detalles en § Propagación e interferenciaa continuación.) Las fuentes y detectores de neutrinos son demasiado grandes para moverlos, pero todas las fuentes disponibles producen un rango de energías, y la oscilación se puede medir con una distancia fija y neutrinos de energía variable. La distancia preferida depende de la energía más común, pero la distancia exacta no es crítica siempre que se conozca. El factor limitante en las mediciones es la precisión con la que se puede medir la energía de cada neutrino observado. Debido a que los detectores de corriente tienen incertidumbres energéticas de un pequeño porcentaje, es satisfactorio conocer la distancia con una precisión del 1%.
El primer experimento que detectó los efectos de la oscilación de neutrinos fue el experimento Homestake de Ray Davis a fines de la década de 1960, en el que observó un déficit en el flujo de neutrinos solares con respecto a la predicción del Modelo Solar Estándar , utilizando un detector a base de cloro . [6] Esto dio lugar al problema de los neutrinos solares . Muchos detectores Cherenkov radioquímicos y de agua posteriores confirmaron el déficit, pero la oscilación de neutrinos no se identificó de manera concluyente como la fuente del déficit hasta que el Observatorio de Neutrinos de Sudbury proporcionó evidencia clara del cambio de sabor de los neutrinos en 2001. [7]