¿Por qué el fenómeno de la oscilación del neutrino sugiere que los diferentes sabores del neutrino deben tener masa?

Si los neutrinos no tuvieran masa, ellos, como los fotones, solo podrían moverse a la velocidad de la luz. De hecho, se suponía que este era el caso durante décadas. Es muy difícil detectar neutrinos, y cuando se han hecho intentos para medir sus velocidades, los resultados siempre han estado cerca de la velocidad de la luz. Por ejemplo, se detectaron neutrinos de la supernova 1987A 2 a 3 horas antes de que llegara la luz de ese evento: Nueva determinación de la energía de unión al deuterón y la masa de neutrones. Esto no significa que los neutrinos se muevan más rápido que la velocidad de la luz, ya que llegaron a través de las capas externas de la estrella cuando su núcleo comenzó a colapsar, y las supernovas se iluminaron más tarde que el colapso inicial. Pero sí significaba que los neutrinos detectados no podían moverse mucho más lentamente que la velocidad de la luz.

Según la teoría especial de la relatividad, todo lo que se mueve a la velocidad de la luz no experimenta cambios en el tiempo, tal como lo vemos. Sin cambios en el tiempo, no habría posibilidad de que un neutrino cambie de ninguna manera. La observación de que los neutrinos oscilan, lo que significa, por ejemplo, que lo que se emitió como un neutrino de tipo electrónico podría eventualmente detectarse como un neutrino de tipo muón significa que los neutrinos no pueden moverse a la velocidad de la luz. Si no pueden moverse a la velocidad de la luz, deben tener masa.

En este momento estamos obteniendo mejores y mejores mediciones de las pequeñas diferencias de masa entre los tipos de neutrinos y comenzando a obtener mejores límites en las masas reales.

La importancia de “la velocidad de la luz” en la relatividad (y, por lo tanto, el resto de la física moderna) no es solo o incluso principalmente que es la velocidad de la luz, es que es la dirección a través de la historia del intervalo espacio-tiempo cero, que es lo que miden los relojes y otros procesos físicos funcionan según. Es decir, los relojes no son malas medidas del “tiempo” de cualquier marco de medición en particular, son odómetros de espacio-tiempo perfectos que miden una cantidad análoga a la distancia, excepto que no está definida (imaginaria) para direcciones similares al espacio y cero en la velocidad de dirección de la luz.

Además, las partículas de masa en reposo cero y solo esas partículas viajan en esa dirección espacio-temporal. Y debido a que no hay tiempo de reloj transcurrido o cualquier otro proceso físico en esa trayectoria, tales partículas no pueden evolucionar de ninguna manera. Entonces, el hecho observado de que los neutrinos evolucionan implica que no pueden ser verdaderamente sin masa. La velocidad a la que evolucionan de uno a otro puede estar relacionada con las diferencias en masa, y es muy pequeña, pero actualmente no conocemos el promedio del grupo de masas, que es pequeño pero no necesariamente muy pequeño. .