Un experimento para observar si los neutrinos muónicos oscilan a neutrinos tauónicos

Los experimentos destinados a observar oscilaciones entre familias de neutrinos se pueden llevar a cabo de varias maneras:

1-     Utilizando una fuente generadora de neutrinos, donde fuera posible calcular con exactitud el flujo teórico emitido. Un detector distante de la fuente que evidenciara déficit en el flujo recibido podría indicar la existencia de oscilaciones a lo largo del recorrido de las partículas.

2-     Utilizando una fuente generadora de neutrinos de una sola familia, y colocar dos detectores distantes situados en el haz de partículas, destinados a medir posibles disminuciones de flujos durante el recorrido.

3-     Utilizando una fuente generadora de neutrinos de varias familias a través de algún proceso conocido que permita la predicción teórica de la relación entre partículas de cada familia. Una desviación de esta relación, si mostrara una dependencia de la distancia recorrida por las partículas, podría delatar oscilaciones en alguna especie de neutrino.

La dificultad para conocer flujos absolutos con exactitud sugiere la preparación de experimentos donde intervengan ratios entre familias de neutrinos. Algunos experimentos tipo Long Baseline que se están preparando en la actualidad pertenecen a esta categoría: se producen haces de neutrinos a partir de las cascadas de partículas generadas por protones de alta energía provenientes de aceleradores y se mide la relación entre familias en dos puntos alejados de la trayectoria.

También a esta categoría pertenecerían los experimentos que usan neutrinos atmosféricos, como los llevados a cabo por Super-Kamiokande y que constituyeron una de las primeras evidencias de oscilaciones. Los neutrinos atmosféricos son creados a partir de la colisión de los rayos cósmicos con los núcleos atómicos de las capas altas de la atmósfera. Las cascadas de partículas producidas por estas colisiones de muy alta energía contienen piones que producen muones y neutrinos muónicos. Los muones decaen hacia electrones, anti-neutrinos muónicos y neutrinos electrónicos. La relación entre neutrinos muónicos y electrónicos producidos puede ser calculada con precisión en un amplio margen de energías.

El experimento con neutrinos atmosféricos consiste pues en la medida, lo más exacta posible, de la proporción entre neutrinos muónicos y electrónicos recibidos en un detector. Una medida que indicara una disminución de dicho ratio respecto al esperado por las predicciones teóricas podría revelar la existencia de oscilaciones entre las familias de neutrinos. La evidencia sería más fuerte si se demostrara una dependencia de esta disminución del ratio en función de la distancia recorrida por las partículas.

© Antoni Brey