Helicidad
La helicidad describe cómo se sitúa el momento angular intrínseco de una partícula respecto a su dirección de vuelo. En el neutrino es notable: todos los neutrinos observados son levógiros, todos los antineutrinos dextrógiros.
Ninguna otra partícula muestra semejante unilateralidad.
La imagen del sacacorchos
Toda partícula con espín tiene un eje de giro. Si el espín apunta en la dirección de vuelo, la partícula se llama dextrógira; si apunta en contra, levógira.
Un sacacorchos ayuda: una rosca a derechas avanza al girar en el sentido de las agujas del reloj, una rosca a izquierdas retrocede. Sentido de giro y dirección del movimiento están acoplados.
En los electrones ambas posibilidades se dan aproximadamente con la misma frecuencia. En el neutrino, por lo visto, no.
La obra maestra de Goldhaber
En 1958, Maurice Goldhaber, Lee Grodzins y Andrew Sunyar determinaron en el Brookhaven National Laboratory la helicidad del neutrino. Su montaje se considera hasta hoy uno de los experimentos más elegantes de la física nuclear.
El neutrino mismo no es medible. Así que midieron otra cosa.
Un núcleo excitado de europio-152 captura un electrón de la capa más interna. En ello surgen solo dos cosas: un neutrino y un núcleo excitado de samario, que poco después emite un cuanto gamma. Como no surge nada más, el momento angular y el impulso están estrictamente repartidos entre ambos.
Si el cuanto gamma vuela en una dirección, el neutrino tiene que haber ido en la opuesta. Y el balance del momento angular acopla la polarización de la luz a la helicidad del neutrino.
El segundo truco fue la selección. Solo los cuantos gamma que vuelan exactamente en sentido contrario al neutrino llevan la energía entera y pueden dispersarse resonantemente en el samario. Con ello pudo filtrarse de entre todos los cuantos emitidos exactamente la clase buscada.
La polarización se analizó en hierro magnetizado, donde la luz se absorbe con distinta intensidad según el sentido de giro.
Resultado: los neutrinos son levógiros. Todo el experimento se las arregló con un aparato de pocos metros.
La relación con la paridad
Esta unilateralidad es una propiedad de la naturaleza, no una casualidad del montaje.
Dos años antes, Chien-Shiung Wu había mostrado que la interacción débil distingue entre izquierda y derecha. Solo se acopla a partículas levógiras y antipartículas dextrógiras.
Como los neutrinos solo se manifiestan a través de esta fuerza, los neutrinos dextrógiros simplemente no aparecen en el mundo observable. Serían, incluso si existieran, invisibles para cualquier detector.
Por qué la masa lo complica todo
Mientras se tuvo a los neutrinos por carentes de masa, el cuadro era cerrado. Una partícula sin masa se mueve a la velocidad de la luz; su quiralidad es la misma para todo observador, porque nadie puede adelantarla.
En una partícula con masa eso es distinto. Es más lenta que la luz, y un observador suficientemente rápido podría adelantarla. Vista desde delante, la dirección de vuelo se invierte, pero el espín no — de levógira pasa a dextrógira.
La oscilación de neutrinos prueba la masa. Así que tiene que haber estados dextrógiros. Solo que evidentemente apenas interactúan.
Las dos salidas
Dirac. Los neutrinos dextrógiros son partículas propias que no participan en ninguna fuerza conocida. Si son muy pesados, el camino lleva al mecanismo seesaw.
Majorana. Neutrino y antineutrino son la misma partícula en dos formas de aparición — así lo propuso Ettore Majorana en 1937.
Solo podría decidirlo la doble desintegración beta sin neutrinos. No se ha encontrado.
Términos relacionados
- Chien-Shiung Wu — la violación de la paridad
- Interacción débil
- Desintegración beta — la captura electrónica en el experimento
- Ettore Majorana
Fuentes
- M. Goldhaber, L. Grodzins, A. W. Sunyar: Helicity of Neutrinos, Physical Review 109, 1015 (1958).