Antineutrinos

Los científicos están interesados en los antineutrinos tanto por razones prácticas como teóricas. Por un lado, los antineutrinos se producen en cantidades prodigiosas en los reactores nucleares, y estos antineutrinos pueden utilizarse para controlar con precisión el núcleo del reactor. Por otro lado, los científicos quieren estudiar las oscilaciones de los antineutrinos y averiguar si los neutrinos y sus hermanos de antimateria se comportan de forma inesperadamente diferente.

Un antineutrino es la pareja de antipartículas del neutrino, lo que significa que el antineutrino tiene la misma masa pero la «carga» opuesta del neutrino. Aunque los neutrinos son electromagnéticamente neutros (no tienen carga eléctrica ni momento magnético), pueden llevar otro tipo de carga: el número de leptones. Estos son rasgos definitorios que pueden distinguir una partícula de una antipartícula (junto con propiedades como la helicidad).

Los números de leptón de las familias se asignan a las tres familias de leptones, que se recuerdan fácilmente por sus sabores. El electrón y el neutrino del electrón (y sus antipartículas) son un conjunto, el muón y el neutrino del muón son otro, y el tau y el neutrino del tau constituyen el tercero. En el sabor electrón, el número de leptones se describe en términos del número de electrones; los electrones y los neutrinos electrónicos obtienen un valor de 1, los positrones y los antineutrinos electrónicos obtienen un valor de -1, y todos los demás leptones (asociados a muones o taus) tienen un valor de 0, porque no tienen sabor a electrón. Lo mismo ocurre en el sabor muón con un número de muón: los muones y los neutrinos de muón tienen el número 1, sus antipartículas son -1, y todo lo demás tiene un número de muón de 0. ¡Aplica el mismo patrón para tau y el neutrino tau!

Este ejemplo de desintegración muestra un muón transformándose en un neutrino muónico, un electrón y un antineutrino electrónico. El número de leptones se conserva. Crédito: La Aventura de las Partículas/Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley

Los científicos consideran que el número total de leptones se conserva si la suma de los números de sabor de los leptones de la familia antes de una reacción no cambia después de la misma. Es un método para equilibrar las ecuaciones que describen las reacciones, y es un buen predictor de si los científicos deben esperar que ocurra un determinado proceso. Hasta ahora, los científicos no han observado una violación de la conservación del número total de leptones: siempre ven que se producen los números y tipos adecuados de neutrinos y antineutrinos a través de la interacción débil. Sin embargo, si los neutrinos y los antineutrinos son en realidad la misma partícula, el número de leptones no se conservaría. Es posible que los neutrinos aún no hayan revelado toda la historia.

El hecho de que los neutrinos oscilen de un sabor a otro implica que el sabor familiar del leptón no se conserva. Y si, por ejemplo, los neutrinos y los antineutrinos oscilan de un sabor a otro a diferentes velocidades, esto implicaría una violación de la llamada simetría carga-paridad (CP). Eso sería especialmente emocionante, porque la violación de la simetría CP es un requisito necesario para pasar de un universo «neutro» (con partes iguales de materia y antimateria) al universo dominado por la materia en el que vivimos. Este sigue siendo uno de los mayores enigmas que los físicos de partículas intentan desentrañar.