Antineutrino
El antineutrino es la antipartícula del neutrino. Surge en todos aquellos lugares donde los núcleos emiten electrones por desintegración beta — en los reactores nucleares, en el interior de la Tierra y en las estrellas.
Históricamente es el más importante de los dos: la primera detección de un neutrino por Cowan y Reines fue en realidad la detección de un antineutrino.
La contabilidad del número leptónico
La diferencia reside en una magnitud conservada. A cada leptón se le asigna el número +1, a cada antileptón −1. En todos los procesos conocidos la suma se conserva.
En la desintegración beta ordinaria un neutrón se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino. El electrón lleva +1, el antineutrino −1; juntos cero, como antes de la desintegración.
En la desintegración de un protón dentro del núcleo se producen un positrón y un neutrino: −1 y +1. De nuevo la cuenta cuadra.
Esta regla no es una deducción a partir de un principio más profundo. Es una observación — y precisamente por eso interesante, pues las reglas sin fundamento son las que con más facilidad caen.
La diferencia práctica
La contabilidad tiene consecuencias tangibles para la detección.
Un antineutrino puede transformar un protón en un neutrón y un positrón — la desintegración beta inversa. En ello se basan todos los experimentos de reactor, desde Daya Bay hasta JUNO, y a ella se debe la característica doble señal de dos destellos de luz. El proceso tiene un umbral de 1,8 megaelectronvoltios; por debajo la energía no basta.
Un neutrino no puede hacerlo. En su lugar convierte un neutrón en un protón y un electrón. Ese es el proceso que Raymond Davis utilizó en el experimento Homestake — y la razón por la que su tanque de cloro respondía a los neutrinos solares, pero no a los antineutrinos de reactor.
Davis lo comprobó expresamente: colocó un tanque junto a un reactor y no encontró nada. Un control negativo de manual — y a la vez una prueba de que la distinción es real y no mera contabilidad.
Qué constituye la diferencia
En las partículas cargadas la diferencia es evidente: el positrón lleva la carga opuesta a la del electrón, y ninguna medición podría confundir a ambos.
En el neutrino no hay carga. Lo que distinguimos como neutrino y antineutrino se diferencia de manera medible únicamente en la helicidad — la cuestión de si el momento angular intrínseco apunta en la dirección de vuelo o en contra.
Y justo ahí está el punto débil. En una partícula con masa la helicidad no es una propiedad absoluta. Un observador suficientemente rápido podría adelantar a la partícula; vista desde delante, la dirección de vuelo se invierte, pero el espín no.
Como la oscilación de neutrinos prueba la masa, la distinción es, por tanto, dependiente del observador — al menos en principio.
La cuestión abierta: Dirac o Majorana
Con ello se plantea una pregunta que Ettore Majorana formuló en 1937: ¿son el neutrino y el antineutrino acaso la misma partícula, que solo parece distinta según las circunstancias?
Tales partículas se llaman hoy partículas de Majorana. El planteamiento contrario — ambas como estados realmente distintos — se llama partícula de Dirac, por Paul Dirac, de cuya ecuación se siguió originalmente la existencia de las antipartículas.
La cuestión solo podría decidirse mediante la doble desintegración beta sin neutrinos. Solo es posible si Majorana tenía razón. Pese a décadas de búsqueda, no se ha observado.
Por qué la respuesta sería importante
Si el neutrino fuera una partícula de Majorana, el número leptónico no sería una magnitud estrictamente conservada. Eso abriría el camino al mecanismo seesaw, que podría explicar por qué las masas de los neutrinos son tan diminutas — y, a través de la leptogénesis, a una explicación de por qué el universo está hecho de materia y no de nada.
De una cuestión en apariencia técnica pende así una de las mayores preguntas abiertas que existen.
Términos relacionados
- Neutrino — la partícula
- Neutrinos de reactor — la fuente artificial más intensa
- Helicidad — la única diferencia medible
- Doble desintegración beta — la posible detección
Fuentes
- E. Majorana: Teoria simmetrica dell'elettrone e del positrone, Il Nuovo Cimento 14, 171 (1937).
- Particle Data Group: Review of Particle Physics, sección Neutrinos.