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  • 21/12/2015

Física de partículas

Acotan la vida media del electrón en, al menos, 66.000 cuatrillones de años

Un nuevo resultado experimental pone a prueba la ley de conservación de la carga eléctrica.

Physical Review Letters

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Vista interior del experimento Borexino, en una fotografía tomada durante su construcción. La imagen muestra la esfera de acero encargada de contener el líquido centellador, cubierta de fotomultiplicadores. [Colaboración Borexino.]

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El experimento Borexino, un detector de neutrinos subterráneo instalado en los Laboratorios Nacionales del Gran Sasso, en Italia, ha establecido la mayor cota obtenida hasta ahora para la vida media del electrón. Según un análisis publicado hace unos días en Physical Review Letters, la vida media de esta partícula elemental sería, como poco, de 66.000 cuatrillones de años (6,6·1028 años); es decir, unos 5 trillones de veces la edad actual del universo. El resultado, que mejora en dos órdenes de magnitud las estimaciones experimentales previas sobre la estabilidad del electrón, impone serias restricciones a cualquier teoría que viole la ley de conservación de la carga eléctrica.

El electrón es una de las partículas elementales más ligeras que existen. La conservación de la energía implica que una partícula solo puede desintegrarse en otras de menor masa. Sin embargo, todas las partículas conocidas más ligeras que el electrón son neutras, por lo que, si el electrón se desintegrase en ellas, el proceso violaría la ley de conservación de la carga eléctrica. Esta ley no es un postulado, sino una consecuencia de la estructura matemática profunda del modelo estándar. Por tanto, detectar una violación de dicha ley, por pequeña que fuese, echaría por tierra los cimientos matemáticos de la teoría que los físicos vienen empleando desde hace décadas para describir las partículas elementales y sus interacciones.

En concreto, los investigadores de la colaboración Borexino han considerado la posibilidad de que el electrón se desintegre en un fotón y un neutrino. El experimento de Gran Sasso fue diseñado para estudiar neutrinos de baja energía procedentes del Sol. El corazón del detector consta de cientos de toneladas de un líquido centellador que, al paso de los neutrinos, emite luz. No obstante, la técnica de detección empleada y el hecho de que el laboratorio se encuentre bajo tierra y muy bien aislado del entorno lo convierten también en un experimento óptimo para estudiar la estabilidad del electrón. Si alguno de los electrones que componen el líquido centellador (del orden de 1032) se desintegrase en un fotón y un neutrino, el suceso debería dejar una impronta medible en los fotomultiplicadores del experimento.

El análisis publicado ahora en Physical Review Letters hace referencia a 408 días de toma de datos. En ese tiempo, los investigadores no han observado indicios de que ninguno de los electrones del líquido detector se haya desintegrado en un fotón y un neutrino. Ese resultado nulo permite concluir, con un 90 por ciento de nivel de confianza, que, si el electrón fuese una partícula inestable, su vida media tendría que ser como poco de 6,6·1028 años, al menos en lo que se refiere al canal de desintegración analizado. Los autores explican en su artículo que, dada la elevada sensibilidad del experimento, este habría podido detectar la desintegración del electrón con un nivel de confianza de 5 sigmas si la vida media de esta partícula elemental fuese de 20.000 cuatrillones de años.

Más información en Physical Review Letters, Physics y Physics World. Una versión gratuita del artículo técnico se encuentra disponible en el repositoro arXiv.

—IyC

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