No entiendo la siguiente declaración de mis notas:
"Un cuarto neutrino activo no está permitido por el ancho invisible de la -bosón al que contribuiría tanto como un neutrino activo, ."
Entiendo que el ancho invisible es la incertidumbre de la masa de una partícula y, por lo tanto, la velocidad a la que se descomponen las partículas (mayor ancho, descomposición más rápida). -los bosones se descomponen en un par de neutrinos, y esos neutrinos apenas interactúan con la materia, haciéndolos "invisibles", de ahí el término.
Pero no entiendo cómo este ancho invisible no permite que exista un cuarto neutrino activo. ¿Por qué implica que además de los tres tipos de neutrinos activos ( ) ¿Solo podrían existir potencialmente neutrinos estériles?
El modelo estándar predice el acoplamiento del bosón Z con todos los fermiones, y no depende de la familia a la que pertenezca el fermión. Debido a que la masa de todos los neutrinos es mucho, mucho más ligera que la masa del Z, todos tienen el mismo valor parcial. anchos de decaimiento, que se pueden determinar utilizando mediciones electrodébiles de precisión. Por lo tanto, si conocemos el ancho invisible del bosón Z, podemos determinar el número de decaimientos del bosón Z simplemente por . El único entero consistente con el número calculado de esta manera es . Como ya conocemos tres generaciones de neutrinos, esto no deja lugar para ninguna otra.
Si hay una cuarta generación de neutrinos, esto implica que no se acoplan mucho al bosón Z (los llamados "neutrinos estériles") o que su masa es muy, muy grande (cerca o mayor que ).
Su pregunta es bastante oscura, pero estoy comenzando una respuesta de marcador de posición, para evitar una guirnalda de comentarios en una conversación aclaratoria.
El ancho total de la Z es de aproximadamente 2,5 GeV, de los cuales las desintegraciones leptónicas y hadrónicas (quarks) visibles observadas suman aproximadamente 1,9 GeV; por lo que el ancho invisible es el resto, alrededor de 0,5 - 0,6 GeV, y debe deberse a la descomposición en neutrinos. No te preocupes por las cifras precisas: el PDG te dará más de lo que pides.
Ahora, estimando teóricamente los anchos de los neutrinos con los peculiares acoplamientos SM reveladores de la corriente neutra, se encuentra una buena concordancia con 3 neutrinos "activos", es decir, los neutrinos se acoplan de esa manera precisa.
Una cuarta familia con neutrinos acoplándose de la misma manera (y leptones y quarks cargados "visibles" muy pesados, tan inobservables) solo se acoplaría a este ancho invisible a través de un cuarto neutrino activo. Pero eso requeriría 4/3 del ancho invisible observado.
Entonces, si hay más neutrinos, no pueden estar activos; deben ser estériles, es decir, no se acoplan a la Z de la manera SM convencional y, por lo tanto, no contribuyen a su ancho invisible.