Los neutrinos estériles (o neutrinos inertes ) son partículas hipotéticas ( leptones neutros - neutrinos ) que se cree que interactúan solo a través de la gravedad y no a través de ninguna de las otras interacciones fundamentales del Modelo Estándar . [1] El término neutrino estéril se utiliza para distinguirlos de los neutrinos activos conocidos en el modelo estándar , que llevan una carga de isospín de ± + 1/2 bajo la interacción débil. Por lo general, se refiere a neutrinos con quiralidad de mano derecha (ver neutrino de mano derecha ), que pueden agregarse al modelo estándar. Las partículas que poseen los números cuánticos de los neutrinos estériles y masas lo suficientemente grandes como para que no interfieran con la teoría actual de la Nucleosíntesis del Big Bang a menudo se denominan leptones pesados neutros (NHL) o leptones neutros pesados (HNL). [2]
La existencia de neutrinos dextrógiros está teóricamente bien motivada, porque los neutrinos activos conocidos son dextrógiros y todos los demás fermiones conocidos se han observado con quiralidad izquierda y derecha . [3] También podrían explicar de forma natural las pequeñas masas activas de neutrinos deducidas de la oscilación de neutrinos . [3] Se desconoce la masa de los neutrinos dextrógiros y podría tener cualquier valor entre 1015 GeV y menos de 1 eV. [4] Para cumplir con las teorías de la leptogénesis y la materia oscura , debe haber al menos 3 tipos de neutrinos estériles (si es que existen). [5] Esto contrasta con el número de tipos de neutrinos activos necesarios para garantizar que la interacción electrodébil esté libre de anomalías, que debe ser exactamente 3: El número de leptones cargadosy generaciones de quarks .
La búsqueda de neutrinos estériles es un área activa de la física de partículas . Si existen y su masa es menor que las energías de las partículas en el experimento, se pueden producir en el laboratorio, ya sea mezclando neutrinos activos y estériles o en colisiones de partículas de alta energía. Si son más pesados, la única consecuencia directamente observable de su existencia serían las masas de neutrinos activos observadas. Sin embargo, pueden ser responsables de una serie de fenómenos inexplicables en cosmología física y astrofísica , incluida la materia oscura , la bariogénesis o la hipotética radiación oscura . [4] En mayo de 2018, físicos de laEl experimento MiniBooNE informó una señal de oscilación de neutrinos más fuerte de lo esperado, un posible indicio de neutrinos estériles. [6] [7] Sin embargo, los resultados del experimento MicroBooNE no mostraron evidencia de neutrinos estériles en octubre de 2021. [8]
Los resultados experimentales muestran que todos los neutrinos producidos y observados tienen helicidades levógiras (espín antiparalelo al impulso ), y todos los antineutrinos tienen helicidades dextrógiras, dentro del margen de error. [3] En el límite sin masa, significa que solo se observa una de las dos quiralidades posibles para cualquiera de las partículas. Estas son las únicas helicidades (y quiralidades) permitidas en el Modelo Estándar de interacciones de partículas; las partículas con las helicidades contrarias están explícitamente excluidas de las fórmulas. [9]
Sin embargo, experimentos recientes, como la oscilación de neutrinos , han demostrado que los neutrinos tienen una masa distinta de cero, lo que no predice el modelo estándar y sugiere una física nueva y desconocida. [10] Esta masa inesperada explica los neutrinos con helicidad hacia la derecha y los antineutrinos con helicidad hacia la izquierda: dado que no se mueven a la velocidad de la luz, su helicidad no es invariante relativista (es posible moverse más rápido que ellos y observar la helicidad opuesta). [11] Sin embargo, todos los neutrinos se han observado con quiralidad levógira , y todos los antineutrinos levógiras. (Consulte Quiralidad (física) # Quiralidad y helicidad para conocer la diferencia).