Enormes neutrinos

Pensamos que las partículas fundamentales son muy pequeñas, pero los neutrinos «reliquia» que quedaron del Big Bang podrían ser grandes. Realmente grandes.

De acuerdo con la Physical Review Letters del 22 de mayo, la onda cuántica que describe a uno podría tener miles de millones de años-luz de extensión, una buena fracción del universo observable. Una onda tan grande provoca preguntas sobre cómo interactúa una partícula cuántica con la gravedad en la escala de galaxias y cúmulos galácticos, preguntas que quedan sin resolver

Campo de neutrinos. La función onda de un neutrino reliquia podría
abarcar miles de millones de años-luz a través de muchas galaxias por su muy
baja energía y por el hecho de que está hecho de partículas que viajan
a velocidades diferentes. (Esta imagen del Hubble Ultra Deep Field contiene miles de galaxias.)

Los neutrinos reliquia, como los fotones reliquia que forman el fondo cósmico de microondas, son restos del universo caliente y súper poblado que prevalecía hace 13.700 millones de años. Aunque la densidad de partículas ha disminuido muchísimo mientras el universo se expandía, todavía hay unos 300 neutrinos reliquia por centímetro cúbico, casi tantos como los fotones reliquia. La energía promedio también ha disminuido con el tiempo a un valor tan bajo que los neutrinos reliquia son por completo no detectables por los sensores en Tierra.

Los neutrinos oscilan entre tres «sabores» a medida que se mueven por el espacio, y el sabor de cada estado es una combinación de tres estados masivos. La masa precisa de estos estados todavía no se conoce, pero los investigadores han establecido algunos límites en ellos. Los estados masivos son algo como «colores primarios», una paleta de la que están hechos todos los estados de un neutrino. George Fuller de la University of California, San Diego, y su estudiante Chad Kishimoto, querían verificar si un límite superior teórico puesto sobre la masa de los neutrinos sobre la base de observaciones galácticas se vería afectado por la oscilación del sabor. La respuesta era, por lo menos para el nivel de precisión, disponible con las actuales observaciones.

Pero al hacer una derivación, los investigadores se dieron cuenta de que las funciones de onda de un neutrino reliquia –las ondas que describen las posibles ubicaciones de las partículas cuánticas hasta que interactúan con algo–podrían extender miles de millones de años-luz. La mitad de la función onda de un neutrino podría estar en nuestra galaxia mientras que la otra mitad estaría en el borde del universo observable, por ejemplo. Este estiramiento viene de la combinación de estados masivos que constituye cada neutrino. Cada estado masivo en sí mismo viajaría a una velocidad diferente, con los más pesados viajando más despacio. En energías corrientes de neutrinos estas velocidades están todas muy cerca de la velocidad de la luz. Pero los neutrinos reliquia tienen muy baja energía -tan baja que la velocidad intrínseca del estado masivo más pesado podía ser mucho menor que la velocidad de la luz mientras que la de las otras dos todavía podría estar cerca de la velocidad de la luz.

Pero entonces, ¿qué ocurre cuando el neutrino viaja a través de una galaxia densa y ha disminuido su velocidad lo suficiente para ser capturado por el campo gravitatorio? En una mecánica cuántica perfecta, la función onda extendida de una partícula «colapsa» a una única ubicación cuando su posición es medida. El ser confinado en una única galaxia podría corresponder a esa «medición» del neutrino, escriben Fuller y Kishimoto. Pero con una función onda extendida hasta tan lejos en el espacio –y por lo tanto hacia atrás en el tiempo– no está claro si el fracaso ocurriría o cómo. La función onda puede distorsionarse por la curvatura del espacio-tiempo de la galaxia. El equipo dice que una respuesta apropiada podría requerir un cálculo completo y relativista que involucre toda la historia de neutrinos interactuando con toda la materia en el universo. La manera del colapso gravitatorio de las funciones onda es todavía un debate abierto, dicen.

Akif Baha Balantekin, de la University of Wisconsin en Madison, dice que el artículo contiene resultados prácticos que ayudarán a los investigadores a usar observaciones cosmológicas así como datos de los detectores de neutrinos para comprender mejor a los neutrinos. Respecto a las grandes funciones onda dice, «Es fascinante pensar que una coherencia cuántica [función onda] podría superar a la edad del universo».

Fuente: Focus. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard

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