Neutrino electrónico

El neutrino electrónico (
no
_mi) es una partícula elemental que tiene carga eléctrica cero y un espín de 1 ⁄ 2 . Junto con el electrón , forma la primera generación de leptones , de ahí el nombre de neutrino electrónico . Fue hipotetizado por primera vez por Wolfgang Pauli en 1930, para explicar la falta de momento y energía en la desintegración beta , y fue descubierto en 1956 por un equipo dirigido por Clyde Cowan y Frederick Reines (ver experimento de neutrinos de Cowan-Reines ). ^[1]

A principios del siglo XX, las teorías predecían que los electrones resultantes de la desintegración beta deberían haberse emitido con una energía específica. Sin embargo, en 1914, James Chadwick demostró que los electrones se emitían en un espectro continuo. ^[1]

norte⁰
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pag⁺
+
mi⁻

La comprensión temprana de la desintegración beta

En 1930, Wolfgang Pauli teorizó que una partícula no detectada se llevaba la diferencia observada entre la energía , el momento y el momento angular de las partículas iniciales y finales. ^{[a] [2]}

norte⁰
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pag⁺
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+
no⁰
_y

La versión de Pauli de la desintegración beta

El 4 de diciembre de 1930, Pauli escribió una carta al Instituto de Física del Instituto Federal de Tecnología de Zúrich , en la que proponía el electrón "neutrón" [neutrino] como una posible solución para resolver el problema del espectro de desintegración beta continua. Un extracto traducido de su carta dice: ^[1]

Estimados señores y señoras radiactivos:

Como explicará con más exactitud el autor de estas líneas [...], considerando las estadísticas "falsas" de los núcleos N-14 y Li-6 , así como el espectro β continuo , he encontrado un remedio desesperado para salvar el "teorema de intercambio" de la estadística y el teorema de la energía. Es decir, [existe] la posibilidad de que puedan existir en los núcleos partículas eléctricamente neutras que deseo llamar neutrones, ^[b] que tienen espín  ⁠1/2⁠ y obedecen al principio de exclusión , y además difieren de los cuantos de luz en que no viajan con la velocidad de la luz: La masa del neutrón debe ser del mismo orden de magnitud que la masa del electrón y, en cualquier caso, no mayor que 0,01 masa del protón. El espectro β continuo se volvería entonces comprensible mediante la suposición de que en la desintegración β se emite un neutrón junto con el electrón, de tal manera que la suma de las energías del neutrón y el electrón es constante.

[...]

Pero no me siento lo suficientemente seguro como para publicar nada sobre esta idea, así que primero me dirijo con confianza a ustedes, queridos radiactivos, con una pregunta sobre la situación en lo que respecta a la prueba experimental de tal neutrón, si tiene algo así como aproximadamente 10 veces la capacidad de penetración de un rayo γ .

Reconozco que mi remedio puede parecer poco probable a priori , porque los neutrones, si existen, probablemente ya se habrían visto hace mucho tiempo. Sin embargo, sólo los que apuestan pueden ganar, y la gravedad de la situación del espectro β continuo se puede apreciar en las palabras de mi ilustre predecesor en el cargo, el señor Debye : [...] " Es mejor no pensar en eso, como en los nuevos impuestos ". [...] Así que, queridos radiactivos, hagan una prueba y pónganlo en su lugar. [...]

Con muchos saludos para usted, también para el señor Back ,

Su devoto servidor,

W. Pauli

Se puede encontrar una reimpresión traducida de la carta completa en la edición de septiembre de 1978 de Physics Today . ^[3]

El neutrino electrónico fue descubierto por Clyde Cowan y Frederick Reines en 1956. ^[1]

Pauli originalmente nombró a su partícula ligera propuesta neutrón . Cuando James Chadwick descubrió una partícula nuclear mucho más masiva en 1932 y también la nombró neutrón , esto dejó a las dos partículas con el mismo nombre. Enrico Fermi , quien desarrolló la teoría de la desintegración beta , introdujo el término neutrino en 1934 (fue acuñado en broma por Edoardo Amaldi durante una conversación con Fermi en el Instituto de Física de Via Panisperna en Roma, para distinguir esta partícula ligera neutra del neutrón de Chadwick) para resolver la confusión. Era un juego de palabras con neutrone, el equivalente italiano de neutrón : la terminación -uno puede ser un aumentativo en italiano, por lo que neutrone podría leerse como "cosa grande y neutra"; -ino reemplaza el sufijo aumentativo con un diminutivo uno. ^[4]

Tras la predicción y el descubrimiento de un segundo neutrino, se hizo importante distinguir entre los distintos tipos de neutrinos. El neutrino de Pauli se identifica ahora como neutrino electrónico , mientras que el segundo neutrino se identifica como neutrino muónico .

El neutrino electrónico tiene una antipartícula correspondiente , el antineutrino electrónico (
no
_mi), que difiere únicamente en que algunas de sus propiedades tienen la misma magnitud pero signo opuesto . Una de las principales preguntas abiertas en física de partículas es si los neutrinos y los antineutrinos son la misma partícula. Si es así, serían fermiones de Majorana , mientras que si no, serían fermiones de Dirac . Se producen en la desintegración beta y otros tipos de interacciones débiles .

• Matriz de PMNS
• Neutrino muónico
• Neutrino tau

• F. Reines; CL Cowan Jr. (1956). "El neutrino". Nature . 178 (4531): 446. Bibcode :1956Natur.178..446R. doi :10.1038/178446a0. S2CID  4293703.
• CL Cowan Jr.; F. Reines; FB Harrison; HW Kruse; AD McGuire (1956). "Detección del neutrino libre: una confirmación". Science . 124 (3212): 103–4. Bibcode :1956Sci...124..103C. doi :10.1126/science.124.3212.103. PMID  17796274.