Uno de los resultados más esperados sobre el fondo cósmico de microondas (CMB) observado por el telescopio espacial Planck de la ESA era una cota inferior a la suma de la masa de todos los neutrinos (en realidad, de todas las partículas ligeras ultrarrelativistas).
Por desgracia, los datos de Planck no son suficientes para obtenerla. Ni siquiera la combinación de Planck con otros estudios cosmológicos (BAO, WiggleZ, HST) permite obtener una cota inferior. Un nuevo artículo que combina Planck+BAO+WiggleZ nos da como cota superior Σmν < 0,15 eV (al 95% C.L.); combinando Planck+BAO+WiggleZ+HST se obtiene Σmν < 0,14 eV, pero esta cota es menos fiable por la tensión entre Planck y HST respecto a la constante de Hubble.
Estas cotas se han obtenido suponiendo que sólo hay 3 “sabores” de neutrinos. Si no se fija el número de “sabores” de neutrinos, los datos combinados Planck+WiggleZ+BAO indican que hay Neff= 3,9 ± 0,34 tipos de neutrinos (es decir, apuntan a la existencia un neutrino estéril aún no observado), pero entonces el límite superior para la suma de sus masas es de Σmν < 0,24 eV.
El artículo técnico es Signe Riemer-Sørensen, David Parkinson, Tamara M. Davis, “Combining Planck with Large Scale Structure gives strong neutrino mass constraint,” arXiv:1306.4153, 18 Jun 2013.
Cuando ojeé arXiv no le presté atención a este artículo, pero volvió a despertar mi interés “Neutrino mass sum bounded from below and above!!! More details here!!! Me sorprendió mucho su entusiasmo, pues el nuevo artículo no calcula ninguna cota inferior para la suma de las masas de los neutrinos, todo lo contrario, toma dicha cota de los resultados de los experimentos de oscilación de neutrinos, que apoyan un límite inferior de Σmν > 0,05 eV (al 95% CL), y cita como fuente un artículo de 1998 (The Super-Kamiokande Collaboration, “Evidence for oscillation of atmospheric neutrinos,” Phys. Rev. Lett. 81: 1562-1567, 1998 [arXiv:hep-ex/9807003]) y el Particle Data Group.
Me parece que mi amigo Amarashiki ha caído en la ”trampa del abstract” (leer el resumen de un artículo sin leer su contenido y creer que lo que dice el resumen corresponde al contenido del artículo). Por cierto, esto es algo que nos pasa a todos.
Permíteme unos comentarios.
Lo primero, hay que recordar que los datos cosmológicos sólo permiten estimar la suma de la masa de las partículas ultrarrelativistas en el universo, partículas ligeras con una masa en la escala del electrón-voltio. Hoy en día se conocen tres partículas de este tipo, los tres “sabores” de neutrinos, pero podría haber más (los datos de LEP2 obligan a que tendrían que ser partículas estériles, que no interaccionan con los bosones Z, pues en dicho caso tienen que tener una masa superior a la mitad de la masa del bosón Z y no serían ligeras).
Por ello, esta cota cosmológica se considera una cota a la suma de las masas de los tres neutrinos (mientras no haya pruebas de la existencia de más partículas ligeras).
Lo segundo, sabemos que los neutrinos tienen masa porque oscilan, es decir, cambian de “sabor” (los estados con masa de los neutrinos llamados 1, 2 y 3 son combinaciones de los estados de “sabor” electrónico, muónico y tauónico). Un neutrino nace con un “sabor” bien definido (junto al leptón cargado correspondiente) y es detectado siempre con un “sabor” bien definido. Sin embargo, un neutrino se propaga como una combinación cuántica de los tres “sabores” posibles (fenómeno llamado a veces “esquizofrenia cuántica”).
Lo tercero, los datos del CMB de Planck acotan la suma de la masa de los neutrinos como Σmν < 0,66 eV. Sin embargo, este valor se puede mejorar utilizando más datos cosmológicos. Por ejemplo, usando los datos BAO se reduce a Σmν < 0,23 eV; recuerda que BAO (oscilaciones acústicas de bariones) se calcula con estudios de la distribución de galaxias a gran escala, como el realizado por SDSS (Sloan Digital Sky Survey) y BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), ambos en el Observatorio de Punto Apache en Nuevo Mexico (EEUU). En el nuevo trabajo se reduce la cota a Σmν < 0,15 eV al combinar estos datos con los de WiggleZ DES (Dark Energy Survey) que mide el corrimiento al rojo de una línea espectral de casi 200.000 galaxias. También se pueden combinar con los datos de la constante de Hubble obtenidos gracias a HST (Hubble Space Telescope) lo que reduce la cota superior a sólo Σmν < 0,14 eV (siempre al 95% CL), aunque, como ya he comentado, este último valor es menos fiable por la tensión entre el valor de la constante de Hubble observada por HST y Planck.
Lo cuarto, hay que recordar que los datos de Planck, solamente, apuntan a Neff = 3,36 ± 0,68, y combinados con BAO a Neff = 3,52 ± 0,48, es decir, apuntan a tres especies de neutrinos como predice el modelo estándar y han observado los colisionadores de partículas. Los datos combinados de Planck+BAO+WiggleZ prefieren cuatro neutrinos, pero los indicios a favor son sólo a 2 sigmas, salvo que se utilice la información de HST que sube a 3 sigmas (pero recuerda la tensión entre Planck y HST).
El asunto de la existencia de neutrinos estériles aún sigue coleando, pero en mi opinión, cada día que pasa es una idea menos razonable.
Y por último, me gustaría indicar que estimar el límite inferior para la masa de los tres neutrinos es un resultado muy importante porque permite diferenciar entre una jerarquía de masas normal y una invertida (como muestra esta figura).
Si se lograra demostrar que el límite inferior para la suma de las masas de los neutrinos es Σmν > 0,1 eV se sabría que la jerarquía de masas es invertida.
Por supuesto, quizás sea más fácil bajar el límite superior para la masa de los neutrinos, en cuyo caso si fuera Σmν < 0,1 eV se sabría que la jerarquía de masas es normal.
Los neutrinos siguen ocultando muchos secretos y su física puede ser la clave para encontrar el camino hacia el futuro del modelo estándar.
