Mecanismo seesaw (balancín)
El mecanismo seesaw (balancín) — en alemán Wippen-Mechanismus — es el intento de explicación más conocido del hecho de que los neutrinos posean ciertamente masa, pero una masa inconcebiblemente pequeña.
El enigma
KATRIN ha empujado la masa por arriba hasta menos de 0,45 electronvoltios; los intervalos de oscilación aportan un límite inferior de unos 0,05.
A modo de comparación: el electrón pesa 511 000 electronvoltios. Un neutrino es, pues, al menos un millón de veces más ligero, presumiblemente mucho más.
Todas las demás masas del modelo estándar se sitúan a pocos órdenes de magnitud unas de otras. Los neutrinos se salen del marco hasta tal punto que un mero azar como explicación no satisface a nadie.
La idea del balancín
El mecanismo supone que, junto a los neutrinos conocidos, levógiros, existen también dextrógiros. Que tengan que existir se sigue ya de la masa — la página sobre la helicidad explica por qué.
Estos compañeros no participarían en ninguna fuerza conocida y serían con ello aún más discretos que los neutrinos ordinarios.
Lo decisivo es la segunda suposición: son muy pesados. Ningún principio conocido limita su masa por arriba. Podría situarse en 10¹⁴ gigaelectronvoltios — cerca de aquella escala en la que las fuerzas de la naturaleza podrían estar unificadas.
La matemática de la mezcla de masas conduce entonces a una relación sencilla:
m_ligera ≈ m_D² / M_pesada
En ella, m_D es una masa ordinaria del orden de magnitud de otras partículas y M_pesada la gran masa del compañero dextrógiro.
La imagen del balancín se impone por sí sola: cuanto más pesado es un lado, más ligero es el otro. La pequeñez de la masa del neutrino no sería un azar, sino la sombra de algo muy pesado.
Por qué el cálculo convence
Si se introduce para m_D una masa del orden de magnitud del quark top y para M_pesada la escala de unificación, resultan masas de neutrino en el rango de las centésimas de electronvoltio — exactamente el rango que sugieren las mediciones de oscilación.
Que una fórmula tan sencilla dé el orden de magnitud correcto sin que haya que forzar parámetros pasa por ser un argumento fuerte. La idea surgió a finales de los años setenta de manera independiente en varios grupos, entre otros con Peter Minkowski.
La conexión con la materia en el universo
El mecanismo tiene una segunda consecuencia, de mayor alcance.
Los pesados neutrinos dextrógiros serían partículas de Majorana — su propia antipartícula. En el universo temprano habrían estado presentes en gran número y se habrían desintegrado. Si estas desintegraciones transcurren de manera ligeramente distinta para la materia y la antimateria, surge un excedente de leptones.
Este podría a continuación convertirse en un excedente de quarks — y con ello en materia ordinaria. Esta idea se llama leptogénesis y fue formulada en 1986 por Fukugita y Yanagida.
Explicaría por qué el universo está hecho de materia y no de nada.
Cómo se puede comprobar esto
Los compañeros pesados mismos son inalcanzables. Ningún acelerador imaginable se acercaría a las energías necesarias; faltan diez órdenes de magnitud.
Aun así el mecanismo es comprobable, si bien de manera indirecta. Si se encuentra la doble desintegración beta sin neutrinos, entonces el neutrino es una partícula de Majorana — y el mecanismo seesaw se vuelve mucho más probable.
Si no se encuentra, la cuestión sigue abierta. Una no detección no excluye el mecanismo, sino solo determinados rangos de parámetros.
Otras versiones
Junto a la forma básica existen variantes que, en lugar de neutrinos pesados, introducen otras partículas pesadas. Conducen a fórmulas semejantes y son en parte mejor comprobables en los aceleradores. Todas tienen en común la idea de base: algo muy pesado hace algo muy ligero.
Términos relacionados
- Masa del neutrino — el enigma
- Helicidad — por qué son necesarios los estados dextrógiros
- Doble desintegración beta — la posible prueba
- Neutrinos estériles
Fuentes
- P. Minkowski: μ → eγ at a rate of one out of 10⁹ muon decays?, Physics Letters B 67, 421 (1977).
- M. Fukugita, T. Yanagida: Barygenesis without grand unification, Physics Letters B 174, 45 (1986).