{"id":495,"date":"2021-06-16T18:00:00","date_gmt":"2021-06-16T16:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/?p=495"},"modified":"2021-06-16T17:58:38","modified_gmt":"2021-06-16T15:58:38","slug":"el-universo-temprano-iii-el-numero-efectivo-de-neutrinos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/2021\/06\/16\/el-universo-temprano-iii-el-numero-efectivo-de-neutrinos\/","title":{"rendered":"El universo temprano (III): el n\u00famero efectivo de neutrinos"},"content":{"rendered":"\n

El n\u00famero efectivo de neutrinos (representado matem\u00e1ticamente como N<\/em>eff<\/sub>) se trata de un par\u00e1metro cosmol\u00f3gico, lo cual quiere decir que su valor nos indica cierta propiedad del Universo. En concreto, el n\u00famero efectivo de neutrinos mide la contribuci\u00f3n a la radiaci\u00f3n que hubo en el universo temprano que no procede de los fotones, las part\u00edculas de la luz. En esta entrada veremos c\u00f3mo se relaciona este par\u00e1metro con los conceptos que explicamos en las dos entradas anteriores sobre el universo temprano: el desacoplamiento de los neutrinos<\/a> y la aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n<\/a>.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n

Como hemos mencionado en anteriores entradas sobre cosmolog\u00eda (por ejemplo en El modelo cosmol\u00f3gico est\u00e1ndar<\/a>), en los albores del Universo dominaba la radiaci\u00f3n, formada por todas aquellas part\u00edculas que se desplazan a velocidades cercanas o iguales a la de la luz. Entre ellas est\u00e1n, por supuesto, los fotones y los neutrinos<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Cuando los f\u00edsicos hablaron por primera vez del n\u00famero efectivo de neutrinos, le dieron este nombre porque su valor permit\u00eda saber qu\u00e9 cantidad de la radiaci\u00f3n predominante en el universo temprano correspond\u00eda a part\u00edculas que se comportan como un neutrino, del que se desconoc\u00eda que exist\u00edan tres tipos diferentes.<\/p>\n\n\n\n

En concreto, el valor de N<\/em>eff<\/sub> est\u00e1 cuantificado en t\u00e9rminos de la contribuci\u00f3n correspondiente a una \u00fanica especie de neutrino en un escenario idealizado. Conviene resaltar, no obstante, que el valor experimental de N<\/em>eff<\/sub> ofrece informaci\u00f3n no solo de los tres tipos de neutrinos est\u00e1ndar que se conocen, sino de cualquier part\u00edcula distinta de los fotones que contribuyera a la radiaci\u00f3n del universo temprano.<\/p>\n\n\n\n

Es bien sabido que los f\u00edsicos no nos complicamos la vida m\u00e1s all\u00e1 de lo necesario. Por ejemplo, seguro que muchos conoc\u00e9is la aproximaci\u00f3n de la vaca esf\u00e9rica<\/a>, que consiste en suponer que una vaca tiene forma de esfera para facilitar el c\u00e1lculo de su volumen. El equivalente a la vaca esf\u00e9rica para el c\u00e1lculo de N<\/em>eff<\/sub> se traduce en un escenario idealizado en el que las aproximaciones m\u00e1s importantes son las siguientes: en primer lugar, el neutrino que se toma como referencia se propaga en el vac\u00edo<\/em>, y en segundo lugar se considera completamente desacoplado desde antes del comienzo del proceso de aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n<\/a>, lo que se conoce como aproximaci\u00f3n de desacoplamiento instant\u00e1neo<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

De este modo, un n\u00famero efectivo de neutrinos igual a N<\/em>eff<\/sub> indica una contribuci\u00f3n a la radiaci\u00f3n del universo temprano equivalente a la de N<\/em>eff<\/sub> especies de neutrinos ideales (los que vienen a ser nuestras vacas esf\u00e9ricas). Adem\u00e1s, si las aproximaciones de este escenario idealizado reproducen con exactitud las condiciones del universo temprano y solamente fotones y neutrinos contribuyen a la radiaci\u00f3n, N<\/em>eff<\/sub> debe coincidir con el n\u00famero de tipos de neutrinos que existen. Sabemos que hay tres especies<\/a> de neutrinos que interact\u00faan d\u00e9bilmente y formaron parte de la radiaci\u00f3n del universo temprano, lo que significa que N<\/em>eff<\/sub> = 3 en el marco del escenario idealizado.<\/p>\n\n\n\n

Pero lo cierto es que las aproximaciones de este escenario, aunque cercanas a la realidad, son demasiado simplificadas para englobar todo lo que estaba sucediendo mientras los neutrinos se desacoplaban del plasma c\u00f3smico.<\/p>\n\n\n\n

Una de las consecuencias de la desviaci\u00f3n de esas aproximaciones es que el valor del n\u00famero efectivo<\/em> de neutrinos no tiene por qu\u00e9 ser un n\u00famero entero. Es decir, mientras que est\u00e1 claro que no tiene sentido que existan dos tipos de neutrinos y un cuarto, el par\u00e1metro cosmol\u00f3gico s\u00ed puede valer dos y medio, o tres y un cuarto, o cualquier fracci\u00f3n positiva. De ah\u00ed el t\u00e9rmino \u00abefectivo\u00bb<\/em>. De hecho, el valor te\u00f3rico est\u00e1ndar establecido para este par\u00e1metro, confirmado en una serie de art\u00edculos cient\u00edficos en los que han participado investigadores del IFIC, es de 3.0440 \u00b1 0.0002.<\/p>\n\n\n\n

Veamos qu\u00e9 implicaciones tiene que las aproximaciones de propagaci\u00f3n en el vac\u00edo y desacoplamiento instant\u00e1neo no sean adecuadas.<\/p>\n\n\n\n

Por un lado, los neutrinos primordiales estaban inmersos en una suerte de sopa c\u00f3smica, en presencia de muchas otras part\u00edculas. Esto desbarata la aproximaci\u00f3n de propagaci\u00f3n en el vac\u00edo, una correcci\u00f3n que hay que tener en cuenta a la hora de cuantificar N<\/em>eff<\/sub> con mayor precisi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Adem\u00e1s, como hemos dicho, es cierto que el desacoplamiento de los neutrinos comenz\u00f3 antes de que lo hiciera la aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n, pero ninguno de estos dos procesos es instant\u00e1neo. Esto conlleva que el desacoplamiento de los neutrinos acabe cuando la aniquilaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-positr\u00f3n ya ha dado comienzo. <\/p>\n\n\n\n

Tambi\u00e9n conviene matizar que no todas las part\u00edculas de un mismo tipo tienen exactamente la misma energ\u00eda, habiendo por ejemplo neutrinos m\u00e1s energ\u00e9ticos que otros. Como ya explicamos en la primera entrada de la serie<\/a>, el proceso de desacoplamiento es una consecuencia de la p\u00e9rdida de energ\u00eda de los neutrinos debido a la expansi\u00f3n del Universo. As\u00ed pues, aquellos neutrinos que son por s\u00ed mismos m\u00e1s energ\u00e9ticos tardan m\u00e1s en desacoplarse. Al permanecer en contacto con el plasma durante m\u00e1s tiempo, estos neutrinos adquieren parte de la energ\u00eda que es liberada durante la aniquilaci\u00f3n de los pares electr\u00f3n-positr\u00f3n<\/a>, lo que hace que se desacoplen con una energ\u00eda mayor que en el caso idealizado.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfQu\u00e9 consecuencias tiene esto? La presencia de un n\u00famero mayor de neutrinos de m\u00e1s energ\u00eda conlleva una mayor contribuci\u00f3n a la radiaci\u00f3n del Universo temprano. Es decir, su contribuci\u00f3n al n\u00famero efectivo de neutrinos es mayor, por lo que N<\/em>eff<\/sub> aumenta con respecto a su valor ideal.<\/p>\n\n\n\n

Finalmente, si tenemos en cuenta cuidadosamente todos los efectos que cambian el valor de N<\/em>eff<\/sub> con respecto a su valor ideal (que ser\u00eda 3), llegamos al resultado de que N<\/em>eff<\/sub> = 3.044.<\/p>\n\n\n\n

La diferencia parece peque\u00f1a, pero si la mejora en las t\u00e9cnicas experimentales contin\u00faa avanzando al ritmo actual, esa peque\u00f1a desviaci\u00f3n de apenas 0.044 ser\u00e1 importante a la hora de conocer si, adem\u00e1s de los fotones y los neutrinos, hubo otras part\u00edculas que se movieran a velocidades cercanas a la de la luz cuando el Universo era muy joven. Ya que, recordemos, N<\/em>eff <\/sub>no solo cuantifica la contribuci\u00f3n de los propios neutrinos a la radiaci\u00f3n del universo temprano, sino la de cualquier part\u00edcula que se comporte como un neutrino<\/em> durante esa \u00e9poca; es decir, cualquier part\u00edcula que contribuya a la densidad de energ\u00eda de radiaci\u00f3n, como lo hace un neutrino. Ejemplos de este tipo de part\u00edculas son el majoron, el axion o la presencia de especies adicionales de neutrinos conocidas como neutrinos est\u00e9riles. La presencia de dichas part\u00edculas podr\u00eda ayudar a entender cuestiones fundamentales todav\u00eda por resolver, como la naturaleza de la materia oscura. Aunque, de momento, el valor experimental m\u00e1s preciso de N<\/em>eff<\/sub> (2.99 +0.34 -0.33 al 95% de intervalo de confianza, determinado por el sat\u00e9lite Planck) es compatible con la ausencia de tales part\u00edculas adicionales.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Cerramos la serie con un par\u00e1metro de gran importancia para la cosmolog\u00eda moderna, el n\u00famero efectivo de neutrinos. Este par\u00e1metro mide la contribuci\u00f3n a la radiaci\u00f3n que hubo en el universo temprano que no procede de los fotones. <\/p>\n","protected":false},"author":8,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[14,6],"tags":[24,11,61],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/495"}],"collection":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=495"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/495\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":505,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/495\/revisions\/505"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=495"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=495"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=495"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}