Efecto MSW
El efecto MSW explica por qué los neutrinos se comportan en la materia de manera distinta que en el vacío. Es la resolución del problema de los neutrinos solares y lleva el nombre de Mikheyev, Smirnov y Wolfenstein.
La idea de base
Un neutrino que atraviesa la materia se encuentra sin cesar con electrones, protones y neutrones. Las interacciones son raras — pero incluso sin un choque verdadero la partícula siente su entorno, de manera parecida a como la luz se vuelve más lenta en el vidrio sin perder fotones individuales.
Lo decisivo es un trato desigual. Las tres especies de neutrinos pueden dispersarse en la materia a través del bosón Z. Pero solo el neutrino electrónico puede además interactuar con los electrones a través del bosón W — pues solo para él existe un compañero adecuado en la materia ordinaria.
El neutrino electrónico experimenta por ello un potencial adicional. Se desplaza, por así decirlo, por un medio distinto que sus dos hermanos.
Lincoln Wolfenstein describió este efecto en 1978.
La resonancia
Stanislav Mikheyev y Alexéi Smirnov mostraron en 1985 que de ahí se sigue, en una estrella, algo notable.
En el núcleo del Sol la densidad es enormemente alta. En el camino hacia fuera disminuye de manera continua, hasta que el neutrino sale al vacío. En algún punto de este camino atraviesa una densidad en la que el potencial adicional compensa exactamente la diferencia de masa.
En ese lugar la mezcla se vuelve máxima — la conversión de una especie en otra transcurre allí de la manera más eficaz. Si el paso ocurre con suficiente lentitud, el neutrino sigue el entorno cambiante y abandona el Sol mayoritariamente como una especie distinta de aquella con la que nació.
Por qué esto depende de la energía
Aquí está el punto por el que el efecto pudo demostrarse.
La densidad de resonancia depende de la energía del neutrino. Los neutrinos de alta energía encuentran su resonancia en lo profundo del núcleo solar y son convertidos fuertemente. Los neutrinos de baja energía ya ni siquiera alcanzan la densidad adecuada — oscilan simplemente como en el vacío.
De ahí se sigue una predicción que se puede medir:
| Rango de energía | supervivencia esperada como neutrino electrónico |
|---|---|
| por debajo de 1 MeV, por ejemplo neutrinos pp | alrededor del 55 por ciento, comportamiento de vacío |
| por encima de 5 MeV, por ejemplo boro-8 | alrededor del 30 por ciento, rango MSW |
Justamente este patrón fue el que encontraron los experimentos. El experimento Homestake, con su umbral alto, vio un tercio; GALLEX y SAGE, con umbral bajo, alrededor del 60 por ciento. Borexino midió más tarde el rango de transición intermedio y confirmó la curva predicha.
Por qué esto es tan convincente
Un error de modelo referido al Sol habría afectado a todas las energías por igual. Una simple oscilación en el vacío habría dado igualmente otro patrón.
El efecto MSW predijo la forma de la dependencia con la energía antes de que fuera medida — y resultó correcta. Esa es la más fuerte clase de prueba que conoce la física.
Dónde desempeña hoy un papel
El efecto hace ya tiempo que no es un caso particular del Sol, sino una herramienta.
La jerarquía de masas. Al atravesar la corteza terrestre el efecto actúa de manera distinta según cuál sea la mayor masa de neutrino. DUNE aprovecha exactamente eso en su trayecto de 1 300 kilómetros, al igual que la parte ORCA de KM3NeT con neutrinos atmosféricos.
Las supernovas. En el núcleo estelar en colapso reinan densidades en las que el efecto remodela todo el espectro de neutrinos. En una futura supernova se podría deducir de ahí lo que ocurre en el interior.
Términos relacionados
- Problema de los neutrinos solares — el enigma resuelto
- Oscilación de neutrinos — el proceso en el vacío
- Neutrinos solares — las partículas afectadas
- Sudbury Neutrino Observatory — la demostración
Fuentes
- L. Wolfenstein: Neutrino oscillations in matter, Physical Review D 17, 2369 (1978).
- S. P. Mikheyev, A. Yu. Smirnov: Resonance amplification of oscillations in matter and spectroscopy of solar neutrinos, Soviet Journal of Nuclear Physics 42, 913 (1985).