Neutrins massius i nou model estàndard en cosmologia: encara no existeix concordança

Licia Verde, investigadora ICREA de l’Institut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB).
Licia Verde, investigadora ICREA de l’Institut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB).
Recerca
(21/07/2014)

Els neutrins, també coneguts com a partícules fantasma (ghost particles) per la seva baixa probabilitat dʼinteraccionar amb la matèria, són unes partícules altament penetrants i sense massa apreciable, segons prediu el model estàndard de la física de partícules. Per bé que hi ha evidències experimentals que indiquen que la massa dels neutrins és diferent de zero, el valor exacte dʼaquest paràmetre encara no sʼha pogut determinar. En cosmologia, els neutrins representen una fracció —petita però potser no menyspreable— de la misteriosa matèria fosca, que és responsable del 90 % de la massa de la galàxia. Això no obstant, modificar el model cosmològic estàndard per incloure-hi neutrins de gran massa tampoc explicaria totes les observacions físiques de manera correcta i simultània. Aquesta és una de les principals conclusions dʼun nou article publicat a Physical Review Letters signat per Licia Verde, investigadora ICREA de lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB), i Boris Leistedt i Hiranya V. Peiris, de lʼUniversity College de Londres.

Licia Verde, investigadora ICREA de l’Institut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB).
Licia Verde, investigadora ICREA de l’Institut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB).
Recerca
21/07/2014

Els neutrins, també coneguts com a partícules fantasma (ghost particles) per la seva baixa probabilitat dʼinteraccionar amb la matèria, són unes partícules altament penetrants i sense massa apreciable, segons prediu el model estàndard de la física de partícules. Per bé que hi ha evidències experimentals que indiquen que la massa dels neutrins és diferent de zero, el valor exacte dʼaquest paràmetre encara no sʼha pogut determinar. En cosmologia, els neutrins representen una fracció —petita però potser no menyspreable— de la misteriosa matèria fosca, que és responsable del 90 % de la massa de la galàxia. Això no obstant, modificar el model cosmològic estàndard per incloure-hi neutrins de gran massa tampoc explicaria totes les observacions físiques de manera correcta i simultània. Aquesta és una de les principals conclusions dʼun nou article publicat a Physical Review Letters signat per Licia Verde, investigadora ICREA de lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB), i Boris Leistedt i Hiranya V. Peiris, de lʼUniversity College de Londres.

Un model que no sʼajusta a les dades observades

Alguns estudis científics suggereixen que lʼexistència de neutrins relativament massius podria explicar algunes anomalies i observacions a lʼUnivers (entre elles, el nombre de cúmuls de galàxies vistos pel satèl·lit Planck). Aquesta hipòtesi de treball ampliaria el marc del model cosmològic estàndard i tindria implicacions molt profundes en la cosmologia i la física de partícules.

En lʼarticle publicat a Physical Review Letters, lʼequip dʼinvestigadors demostra que la integració dʼaquest tipus de neutrins tan massius en el model cosmològic estàndard no explicaria tots els conjunts de dades observades. Tal com detalla la investigadora Licia Verde, «en lʼarticle demostrem que aquest nou model no seria una solució satisfactòria perquè manté moltes contradiccions; així doncs, aquest no pot ser el model correcte de lʼUnivers».

 

Neutrins: partícules esquives i difícils de detectar

Els neutrins es propaguen a velocitats properes a la de la llum. La gran majoria dels milers de milions de neutrins que travessen constantment la Terra procedeixen del Sol o de lʼatmosfera terrestre. Però les explosions de raigs gamma, la formació dʼestrelles i altres fenòmens còsmics també poden generar aquestes partícules, que són extremadament difícils de detectar. Grans equipaments científics com ara lʼIceCube —un telescopi de neutrins situat al continent antàrtic— només han pogut detectar uns pocs neutrins dʼalta energia que podrien tenir lʼorigen en fonts còsmiques. Per això, mesurar amb precisió la massa dʼaquestes partícules tan esquives constitueix un dels grans desafiaments científics en la física del segle XXI.

«Les propietats dels neutrins també es poden mesurar estudiant el cosmos —explica Licia Verde—, però les observacions cosmològiques encara no han detectat la massa dʼaquestes partícules». Tal com apunta la investigadora, «sabem que la massa dels neutrins ha dʼestar entre els ~0,05 eV i els 0,2 eV, i llavors la cosmologia està molt prop de “veure-la”». Malgrat que encara queda molta feina a fer per assegurar que la mesura sigui robusta, els experts esperen que «la propera generació de dades cosmològiques permetin “veure” la massa dels neutrins i aportar una mesura més precisa dʼaquesta massa».

 La investigadora de lʼICCUB Licia Verde també forma part del projecte internacional Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), un dels més importants en lʼestudi de galàxies, i ha estat membre de lʼequip Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), distingit amb el Premi Gruber de Cosmologia 2012 en reconeixement a les seves contribucions pioneres en lʼestudi de lʼUnivers primitiu.
 
Referència de lʼarticle:

Boris Leistedt, Hiranya V. Peiris, Licia Verde. «No new cosmological concordance with massive sterile neutrinos». Physical Review Letters, juliol de 2014.