Enorme neutrino

Pensamos en las partículas fundamentales como en algo muy pequeño, pero los neutrinos “reliquia” dejados por el Big Bang podrían ser grandes. Realmente grandes. De acuerdo con el ejemplar del 22 de mayo de la revista Physical Review Letters, la onda cuántica que describe uno de ellos podría tener miles de millones de años luz de distancia, una buena fracción del universo observable. Una onda tan grande genera preguntas sobre cómo interactúan las partículas cuánticas con la gravedad a la escala de galaxias y cúmulos galácticos – preguntas que siguen sin respuesta.

Campo de neutrino. La función de onda de un neutrino reliquia puede extenderse a lo largo de miles de millones de años luz y muchas galaxias debido a su muy baja energía y al hecho de que está hecha de partículas que pueden viajar a distintas velocidades. (Esta imagen de Campo Ultra Profundo de Hubble contiene miles de galaxias).

Los neutrinos reliquia, como los fotones reliquia que forman el fondo de microondas cósmico, son restos del caliente y abarrotado universo que reinó hace 13 700 millones de años. Incluso aunque la densidad de partículas ha bajado mucho conforme se expandía el universo, aún quedan aproximadamente 200 neutrinos reliquia por centímetro cúbico, casi tantos como el número de fotones reliquia. La energía media también ha decrecido con el tiempo a un valor tan bajo que los neutrinos reliquia son completamente indetectables en los detectores terrestres.

Los neutrinos oscilan entre tres “sabores” cuando se mueven a través del espacio, y cada estado de sabor es una combinación de tres estados de masa. La masa precisa de estos estados aún no se conoce, pero los investigadores han establecido algunos límites en ellos. La masa de los estados son algo similar a los “colores primarios” – una paleta a partir de la cual se crean todos los estados de neutrinos. George Fuller de la Universidad de California en San Diego, y su estudiante Chad Kishimoto querían comprobar si un límite superior teórico colocado sobre la masa de los neutrinos basándose en observaciones de las galaxias se vería afectado teniendo en cuenta la oscilación del sabor. La respuesta fue no, al menos para el nivel de precisión disponible con las observaciones actuales.

Pero al hacer tal derivación, los investigadores se dieron cuenta de que las funciones de onda de los neutrinos reliquia – las ondas que describen las posibles posiciones de partículas cuánticas hasta que interactúan con algo – podrían extenderse a lo largo de miles de millones de años luz. La mitad de la función de onda de los neutrinos podría, por ejemplo, estar en nuestra galaxia, mientras que la otra mitad estar fuera del borde del universo observable. Esta extensión procede de la combinación de estados de masa que forman cada neutrino. Cada estado de masa por sí mismo viajaría a distintas velocidades, siendo el más pesado el más lento. A las energías de un neutrino común estas velocidades están muy cerca de la velocidad de la luz. Pero los neutrinos reliquia tienen una energía muy baja – tan baja que la velocidad intrínseca de la masa más pesada podría ser mucho menor que la velocidad de la luz, mientras que las otras dos podrían estar cerca de la velocidad de la luz.

Pero entonces, ¿qué sucede cuando el neutrino viaja a través de una galaxia densa y ha frenado lo suficiente para ser capturado por el campo gravitatorio? En los libros de texto de la mecánica cuántica, una onda dispersa de una partícula “colapsa” en una única localización cuando se mide su posición. Estar confinada en una única galaxia podría corresponder a tal “medida” del neutrino, escriben Fuller y Kishimoto. Pero con una función de onda que se extiende tan lejos en el espacio – y por tanto tan atrás en el tiempo – no está claro cómo o si se produciría el colapso. La función de onda puede simplemente quedar distorsionada por la curvatura del espacio-tiempo de la galaxia. El equipo dice que una respuesta adecuada podría requerir un cálculo relativista completo que implique toda la historia de interacción de los neutrinos con toda la materia del universo. El tipo de colapso gravitatorio de las funciones de onda aún es un debate abierto [1], dicen.

Akif Baha Balantekin de la Universidad de Wisconsin en Madison dice que el artículo contiene resultados prácticos que ayudarán a los investigadores tanto en las observaciones cosmológicas como en los datos de detección de neutrinos para una mejor comprensión de los mismos. Con respecto a las grandes funciones de onda, comenta: “Es fascinante pensar que una coherencia cuántica [función de onda] podría sobrevivir a la edad del universo”.

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Referencias: [1] J. Christian, “Testing Gravity-Driven Collapse of the Wave Function via Cosmogenic Neutrinos,” Phys. Rev. Lett. 95, 160403 (2005).

Autor: Michael Schirber
Fecha Original: 26 de mayo de 2009
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Vía Ciencia Kanija