Nada prohíbe que la Naturaleza viole la simetría Lorentz o el teorema CPT. Por si acaso hay que explorar dichas violaciones. La primera búsqueda usando el experimento EXO-200 ha sido infructuosa. En la desintegración doble beta del xenón-136 no se observa ninguna violación de la simetría Lorentz o de la simetría CPT. Como era de esperar, lo que no quita que la búsqueda fuera necesaria.
Toda búsqueda requiere una teoría hipotética para la anomalía. EXO-200 inaugura la búsqueda usando el modelo estándar extendido (SME) desarrollado en 1989 por V. Alan Kostelecký y Stuart Samuel. En concreto, se ha obtenido un límite experimental para uno de los parámetros del modelo SME asociado a los neutrinos, −2,65 × 10−5 GeV < a(3) < 7,60 × 10−6 GeV al 90% CL. Futuras búsquedas permitirán acotar mejor este parámetro, así como otros parámetros de la teoría.
El artículo es J.B. Albert et al. (EXO-200 Collaboration), “First Search for Lorentz and CPT Violation in Double Beta Decay with EXO-200,” arXiv:1601.07266 [nucl-ex]. Uno de los autores de este artículo es el físico teóricos Jorge S. Díaz, @jsdiaz_, cuyo blog Conexión causal es muy recomendable. Por cierto, los límites actuales de los parámetros del SME aparecen en Alan Kostelecky, Neil Russell, “Data Tables for Lorentz and CPT Violation,” Rev. Mod. Phys. 83: 11 (2011), doi: 10.1103/RevModPhys.83.11, arXiv:0801.0287 [hep-ph] (v8).
El modelo estándar extendido (SME) es una teoría efectiva que añade al modelo estándar (SM) de la física de partículas todos los operadores de interacción posibles que rompen la simetría Lorentz. Como resultado se trata de una teoría que viola el teorema CPT. Recuerda que la interacción débil en el modelo estándar es la única que viola la simetría CP (o T). Nada prohíbe que haya pequeñas violaciones de la simetría CPT, por ejemplo, en la física de los neutrinos. Jorge S. Díaz lleva estudiando estas violaciones desde hace varios años y colaborado en EXO-200 para buscarlas en la desintegración doble beta.
Por supuesto, el número de parámetros del SME que no aparecen en el SM es enorme. Acotar todos y cada uno estos coeficientes requiere un intenso trabajo experimental. Solo en el sector de neutrinos hay decenas de nuevos parámetros. Muchos de ellos se han acotado usando el fenómeno de la oscilación de los neutrinos. El nuevo trabajo de EXO-200 se centra en un parámetro que no se puede estimar por dicho método llamado a(3) (la notación correcta es la de la tabla de arriba); este parámetro es un tetravector (tiene cuatro componentes), aunque EXO-200 ha acotado la componente temporal, y corresponde a un término renormalizable de dimensión tres en masa que rompe la simetría CPT. No creo necesario entrar en detalles técnicos (el lagrangiano se puede consultar en el artículo de Kostelecky y Russell). Lo importante es que este parámetro influye en el espectro de la desintegración beta doble (2νββ), que estudia EXO-200 usando xenón-136.
EXO-200 pretende observar la desintegración beta doble sin neutrinos (0νββ), que implicaría que los neutrinos son partículas de Majorana. Mientras tanto estudia la desintegración beta doble con neutrinos (2νββ). Los datos obtenidos entre septiembre de 2011 y septiembre de 2013 han permitido acotar la violación de la simetría Lorentz en esta desintegración (LVββ) y, en concreto, la componente temporal del parámetro a(3) del SME. La nueva cota obtenida no es tan buena como la obtenida de forma indirecta, |a(3)| < 2 × 10−8 GeV, pero tiene la ventaja de ser la primera medida directa, luego evalúa de forma fiable los errores experimentales y sistemáticos en los detectores. Futuros estudios con EXO-200 y otros detectores de neutrinos que buscan observar la desintegración 0νββ (como el español NEXT en la Laboratorio Subterráneo de Canfranc) mejorarán esta cota en los próximos años.
En resumen, decía Popper que toda ciencia trata de falsar de forma continua sus hipótesis. La búsqueda de violaciones de todas las leyes físicas debe ser parte de la labor de todos los físicos. Incluso si las búsquedas acaban siendo infructuosas, hay realizarlas.
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