El Premio Nobel de 2015 al descubrimiento de la existencia de masa para los neutrinos ha llevado a muchos a afirmar que se trata de física más allá del modelo estándar. Hay que tener cuidado. El modelo estándar es una teoría fenomenológica que describe las propiedades conocidas de los neutrinos; cuando se pensaba que no tenían masa, se incorporaban como partículas sin masa; ahora que sabemos que tienen masa se incorporan como partículas con masa. Stricto sensu, la masa de los neutrinos no es física más allá del modelo estándar. Ahora bien, como no sabemos si los neutrinos son partículas de Majorana o de Dirac, aún no sabemos cómo incorporar de forma definitiva la masa de los neutrinos. Hay dos posibilidades (como mínimo) y no sabemos cuál es la correcta.
La desintegración beta doble sin neutrinos (0νββ) permite decidir si el neutrino es un fermión de Majorana o de Dirac. Si es de Majorana se podrán aniquilar mutuamente dos neutrinos (ya que el neutrino y el antineutrino serán la misma partícula). Si es de Dirac, como solo hemos observado neutrinos levógiros, deben existir neutrinos dextrógiros de gran masa aún no observados. ¿Pero qué pasa si nunca observamos la desintegración 0νββ? Los experimentos de oscilación de neutrinos nos permitirán saber si la jerarquía de masas de los neutrinos es normal o invertida. En cada caso hay un límite teórico para la vida media de la desintegración 0νββ. Gracias a ello, si no se observa este fenómeno, también podremos decidir entre Majorana y Dirac.
La desintegración 0νββ de un núcleo atómico es (A, Z) → (A, Z+2) + 2 e−, que viola la conservación del número leptónico en dos unidades, ofrece un mecanismo para dar masa a los neutrinos, para explicar la asimetría entre materia y antimateria, además de ser una predicción genérica de las teorías supersimétricas. Muchos físicos opinan que los neutrinos deben ser fermiones de Majorana porque permiten matar varios pájaros con el mismo tiro. Quizás la Naturaleza les dé la razón. O quizás no.
Nos presentan la situación actual Heinrich Päs, Werner Rodejohann, “Neutrinoless Double Beta Decay,” arXiv:1507.00170 [hep-ph], y Shao-Feng Ge, Werner Rodejohann, “JUNO and Neutrinoless Double Beta Decay,” arXiv:1507.05514 [hep-ph].
Hay muchos experimentos en curso o que se iniciaran en un futuro no muy lejano cuyo objetivo es observar la desintegración 0νββ, para determinar si los neutrinos son de Majorana o de Dirac, y si su jerarquía de masas es normal o invertida. Los experimentos que estudian la oscilación de los neutrinos pueden determinar el orden de la jerarquía de masas. Si estos experimentos demuestran que la jerarquía es invertida, podremos determinar la vida media del neutrino y si los experimentos de 0νββ no observan esta desintegración sabremos que los neutrinos son partículas de Dirac.
Siendo un fenómeno muy raro, una alternativa es acotar la masa de los neutrinos con un límite inferior y un límite superior (esta acotación difiere si son partículas de Majorana o de Dirac); este camino lo siguen los experimentos KATRIN, Project 8, ECHo y MARE, así como las observaciones cosmológicas. Pero todavía no hemos logrado un límite inferior para la masa de los neutrinos.
La vida media de la desintegración doble beta de los neutrinos depende del material de detección (esta figura es para el xenón) y de si la jerarquía de masas es normal (NH) o invertida (IH). Combinando un límite para la masa de los neutrinos con un límite para la vida media de este proceso podremos determinar si los neutrinos son de Majorana o de Dirac incluso si no observamos dicho proceso. Salvo sorpresas, lo sabremos entre 2020 y 2025.
Para algunos una década es mucho tiempo. Pero hemos de ser pacientes.
