Neutrino electrónico

El neutrino electrónico (
ν
_e) es una partícula elemental que tiene carga eléctrica cero y un giro de 1⁄2. Junto con el electrón, forma la primera generación de leptones, de ahí el nombre neutrino electrónico. Wolfgang Pauli planteó la hipótesis por primera vez en 1930, para dar cuenta del impulso y la energía faltantes en la desintegración beta, y fue descubierta en 1956 por un equipo dirigido por Clyde Cowan y Frederick Reines (ver el experimento de neutrinos de Cowan-Reines).

Propuesta

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

n0 → p+ + e)

La comprensión temprana de la desintegración beta

En 1930, Wolfgang Pauli teorizó que una partícula no detectada se estaba llevando la diferencia observada entre la energía, el momento y el momento angular de las partículas inicial y final.

n⁰
→
p⁺
+
e⁻
+
.⁰
_e

Pauli versión de beta decay

Carta de Pauli

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 que el electrón "neutrón" [neutrino] como una solución potencial para resolver el problema del espectro de desintegración beta continua. Un extracto traducido de su carta dice:

Queridas damas y caballeros radiactivos,

Como el portador de estas líneas [...] explicará más exactamente, considerando las 'falsas' estadísticas de N-14 y Li-6 núcleos, así como las continuas β-spectrum, he alcanzado un remedio desesperado para salvar el "teorema de cambio" de las estadísticas y el teorema de energía. Es decir, [hay] la posibilidad de que existan en los núcleos partículas eléctricamente neutrales que deseo llamar neutrones, que tienen giro1/2 y obedecer el principio de exclusión, y además difieren del quanta 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 de electrones y, en cualquier caso, no más de 0.01 masa de protón. El continuo β- el espectro entonces sería comprensible por la suposición de que β decaer un neutron es emitido junto con el electrón, de tal manera que la suma de las energías de neutrones y electrones es constante.

[...]

Pero no me siento lo suficientemente segura para publicar algo sobre esta idea, así que primero me doy la vuelta con confianza a usted, queridos radiactivos, con una pregunta sobre la situación relativa a la prueba experimental de tal neutron, si tiene algo como 10 veces la capacidad penetrante de un rayo γ.

Admito que mi remedio puede parecer tener un pequeño a priori probabilidad porque los neutrones, si existieran, probablemente hubieran sido vistos hace mucho tiempo. Sin embargo, sólo los que apuestan pueden ganar, y la gravedad de la situación de la continua β- el espectro puede ser aclarado por el dicho de mi honorable predecesor en el cargo, Sr. Debye, [...] "Lo mejor es no pensar en eso, como los nuevos impuestos." [...] Así que, queridos radioactivos, ponlo a prueba y ponlo bien. [...]

Con muchos saludos a usted, también al Sr. Back,

Tu devoto siervo,

W. Pauli

Puede encontrarse una reimpresión traducida de la carta completa en el número de septiembre de 1978 de Physics Today.

Descubrimiento

El neutrino electrónico fue descubierto por Clyde Cowan y Frederick Reines en 1956.

Nombre

Pauli originalmente llamó a su partícula de luz propuesta un neutrón. Cuando James Chadwick descubrió una partícula nuclear mucho más masiva en 1932 y también la llamó 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 para distinguir esta partícula neutra ligera del neutrón de Chadwick) para resolver la confusión. Era un juego de palabras con neutrone, el equivalente italiano de neutron: la terminación -one puede ser un aumentativo en italiano, por lo que podría leerse neutrone como la "gran cosa neutral"; -ino reemplaza el sufijo aumentativo por uno diminutivo.

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

Antinetrino electrónico

El neutrino electrónico tiene una antipartícula correspondiente, el antineutrino electrónico (
ν
_e), que difiere solo en que algunas de sus propiedades tienen la misma magnitud pero de signo contrario. Una cuestión abierta importante en la física de partículas es si los neutrinos y los antineutrinos son o no la misma partícula, en cuyo caso sería un fermión de Majorana, o si son partículas diferentes, en cuyo caso serían fermiones de Dirac. Se producen en la desintegración beta y otros tipos de interacciones débiles.