¿El modelo estándar requiere que los neutrinos no tengan masa?

Soy estudiante de pregrado en Física, tengo un conocimiento básico de Física de Partículas y Mecánica Cuántica pero nada de Teoría Cuántica de Campos.

Sé que la mezcla de neutrinos requiere que los neutrinos sean masivos (pero ¿por qué? ¿Físicamente, los neutrinos no podrían mezclarse si no tuvieran masa?), y que su masa generalmente se estima que es inferior a un umbral superior.

Pero matemáticamente, ¿predice realmente el modelo estándar un límite superior en la masa de los neutrinos, o simplemente dice que no tienen masa? En el primer caso, ¿qué le impide predecir un límite inferior? En este último caso, entonces, ¿está mal?

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Respuestas (3)

Su pregunta se aborda en este documento . El modelo estándar tal como está puede acomodar neutrinos masivos, pero si los neutrinos tienen una masa y no se agregan neutrinos diestros, el modelo se vuelve no renormalizable. Agregar neutrinos diestros soluciona esto.

El modelo estándar no hace ninguna predicción de la masa de los neutrinos, pero tampoco predice ninguna de las masas de los fermiones. Las masas de leptones y quarks son parámetros de entrada.

El Modelo Estándar no 'dice' nada. Es un modelo que construimos, así que primero tenemos que decirle algo para que sepa sobre dicho asunto.

No había necesidad de que los neutriones fueran masivos cuando se construyó el modelo, por lo que no se pusieron términos de masa en su Lagrangiano.

Luego, algunos años después, se registraron estos experimentos de oscilación de neutrinos.

Como nota al margen, los experimentos en realidad buscaban desintegraciones de protones, pero terminaron sin encontrar ninguno de ellos y, en cambio, encontraron oscilaciones de neutrinos.

Así que los constructores del modelo volvieron a la mesa de dibujo, hicieron algunos cálculos y dieron con una descripción de las oscilaciones. Descubrieron que la probabilidad de medir una oscilación de neutrino es como

PAG pecado 2 ( Δ metro )

dónde Δ metro es la diferencia en la masa de los dos neutrinos (el que 'solía ser' y el que oscila).

Entonces vemos que para que esta probabilidad sea distinta de cero, debemos tener Δ metro es distinto de cero.

Pero para que Δ metro ¡para ser distintas de cero, las masas de los neutrinos tienen que ser distintas de cero para empezar!

¡La diferencia entre cero y cero ciertamente no es distinta de cero!

Por eso llegaron a la conclusión de que, de hecho, los neutrinos deben ser masivos, aunque muy delgados.

Luego 'le dijeron' esta información al Modelo Estándar, y el Modelo Estándar ahora tiene neutrinos sin masa.

En resumen, la probabilidad de una oscilación depende de la (diferencia en la) masa(s) de los neutrinos, que es lo que nos permite concluir que no carecen de masa. Además, el Modelo Estándar no puede 'explicar' nada. Solo repite lo que le decimos (¡aunque hay que admitir que también lo hace bastante bien!).

Puede que me pierda en alguna parte, pero ¿de dónde sacas los dos ceros en "¡La diferencia entre cero y cero ciertamente no es distinta de cero!"?
@Ooker Es decir, si los neutrinos no tuvieran masa, la diferencia en sus masas sería
0 0 = 0 a
con a distinto de cero

Como se pudo encontrar rápidamente en una búsqueda en wikipedia , el modelo estándar 'clásico' de la física de partículas predice neutrinos sin masa . Por lo tanto, la evidencia experimental de las oscilaciones de neutrinos es una fuerte indicación de que al modelo estándar le falta algo de física importante.

Este no es un gran problema (¡aunque es un desafío emocionante!), ya que el Modelo Estándar no afirma ser una 'verdad absoluta'. Se sabe desde hace bastante tiempo que el Modelo Estándar es solo una teoría efectiva que funciona muy bien en la mayoría de las situaciones que son relevantes en las escalas de energía que son accesibles para nosotros en este momento, pero no pretende ser una teoría de todo. (que de todos modos no podría, ya que le falta la gravedad). Otro artículo de wikipedia enumera algunas posibles explicaciones para la masa y las oscilaciones de neutrinos observadas.

Pensé que la falta de masa de los neutrinos era una variable de entrada del SM, en lugar de una predicción (pero no estoy seguro). Con la evidencia de las oscilaciones de neutrinos, parece que los neutrinos tienen masa, por lo que la gente está buscando extensiones válidas del SM para incorporar este hecho.
@Hunter Para ser honesto, ¡tampoco estoy seguro ahora que lo mencionas! Acabo de tomar la cita de wikipedia 'Los experimentos indican que los neutrinos tienen masa, que el modelo estándar clásico no permitía' al pie de la letra...
Ok, supongo que tendremos que esperar a que alguien con más conocimiento nos dé una respuesta concluyente;).
Las simetrías particulares del modelo estándar solo son adecuadas para neutrinos sin masa. Hay simetrías "un paso más complicadas" que tienen neutrinos masivos, pero luego tienes que hacer una elección (Majorana o Fermi) que no tenían ninguna base para hacer en ese momento y la evidencia sobre el terreno era que cualquier masa era muy, muy pequeño...
@dmckee Aunque tienen que tomar esta decisión, la evidencia más convincente para un Majorana Fermion sería una medición de una desintegración beta doble sin neutrinos, y que yo sepa, aún no se han observado. Entonces, aunque no lo sabemos con certeza, creo que la apuesta más segura sería que los neutrinos son fermiones de Dirac, ya que todo lo demás son fermiones de Dirac.
@ user23873 Ha habido (recientemente) una fuerte preferencia teórica por los neutrinos de Majorana sobre la base de las consecuencias que surgen en la leptogénesis, lo que permite explicar gran parte de la asimetría entre materia y antimateria. Sin embargo, EXO, KamLAND-Xen y sus amigos están excluyendo rápidamente la parte teóricamente favorecida del espacio de parámetros, por lo que las cosas pueden ponerse interesantes...
@dmckee No sabía eso, ¿podría vincular algo sobre esto? (Soy de un área completamente diferente, así que no conozco los grandes experimentos/documentos)
@ user23873 He visto varios coloquios al respecto (Boris Kayser, por ejemplo) y creo que Ron Marion ha expresado esa opinión en este sitio varias veces. El lugar para comenzar sería la página de Wikipedia para "mecanismo de balancín" .