Revisitando efectos de decoherencia en las oscilaciones de neutrinos - Hernández Goicochea, Sandro Joel (2016)
En general, se sabe que una gran variedad de sistemas abiertos pueden ser descritos como subsistemas en interacción con un sistema más grande, llamado ambiente o entorno [1]-[4]. El entorno suele ser considerado un sistema mucho más grande, prácticamente imperturbable ante las interacciones con el sistema abierto, por lo cu al, es tomado como invariante en el tiempo. Esto concentra el interés, exclusivamente, en la evolución del subsistema abierto o también llamado reducido. El sistema total, suma del subsistema reducido y entorno, se considera que es un sistema aislado que sigue las reglas usuales de la mecánica cuántica, es decir, realiza una evolución unitaria que conserva la probabilidad. Sin embargo, la evoluci on del subsistema abierto, sin el entorno, ya no es unitaria, porque al existir interacción con el otro subsistema se desarrollan efectos de dispersión e irreversibilidad. Cuando no hay una correlación inicial entre el subsistema, el entorno y sus interacciones se la considera débil y puede ser descrita en términos de los llamados semigrupos dinámicos cuánticos. Estos son mapeos de la evolución en el tiempo que encierran requerimientos físicos generales como: incremento en la entropía, la composición del tiempo(propiedad de los semigrupos) y positividad completa. La descripción de sistemas abiertos originalmente fue desarrollada para sistemas ópticos-cuánticos. Sin embargo, en este trabajo, nos serviremos de esta teoría para estudiar efectos de decoherencia, en el marco de partículas elementales. Las motivaciones originales para investigar en esta camino se deben a que esto podría ser una forma de observar posibles efectos de gravedad cuántica [5]-[16]. Gravedad cuántica postula la existencia de fenómenos no est andar, como agujeros negros virtuales, los cuales son agujeros negros que existirán temporalmente como resultado de una fuctuación del espaciotiempo.Asimismo algunos trabajos postulan que también string theory podrá llevar a fenómenos parecidos [17] [18] [19]. En general, algunos artículos han tratado acerca de estas interacciones y el efecto de \fricción" que sufrirán las cuál sea la dinámica \microscópica" de la interacción se puede estimar la magnitud de estos nuevos efectos utilizando la teoría de sistemas cuánticos abiertos. Las motivaciones acerca del uso de neutrinos para el estudio de efectos de decoherencia son: Primero, porque se estima que son muy peque~nos a energías inferiores a la masa de Planck. Por lo cu al, se considera imposible observarlos en partículas cargadas, porque antes de recorrer una distancia apreciable interaccionarán con el ambiente. Segundo, en el caso de la partículas neutras, se hizo un estudio sobre la posibilidad de medir decoherencia en neutrones y kaones, no obstante, la medición est a muy restringida por el tiempo de vida de estas partículas. Por lo que, los neutrinos son un caso especial, ya que, por un lado se tiene que son partículas neutras que atraviesan imperturbablemente grandes distancias sin decaer ni interaccionar, mientras que por otro, debido a sus oscilaciones funcionan como interferómetros de gran escala, tal que, los posibles efectos de decoherencia pueden ser maximizados volviéndolos medibles. En los últimos a~nos, se están realizando varios experimento de neutrinos, por lo que es una buena oportunidad para medir estos posibles efectos disipativos. En este trabajo, vamos a establecer el Marco Teórico en el Capítulo 2, en el cu al, se expondrá el mecanismo de las oscilaciones de neutrinos inducida por la diferencia de masas y el formalismo de sistema cuánticos abiertos. En el Capítulo 3, se presenta la evolución de un sistema de neutrinos como un sistema abierto en interacción con un baño térmico, y usando los la teoría de sistema cuánticos abiertos se parametrizará los efectos de la interacción. En este análisis, no se considerará ningún dano en específico, sino que se realizará un análisis fenomenológico sobre las probabilidades de oscilación. Además, a un siendo desconocida la forma microscópica de la interacción se tomará ciertas consideraciones generales, como exigir completa positividad, para obtener restricciones sobre los parámetros de decoherencia. Luego, usando las restricciones se considerarán ciertos escenarios de decoherencia, tanto dentro del modelo de dos sabores, como en el de tres neutrinos. Posteriormente, en el Capítulo 4, se realizará un análisis para ver si es posible observar efectos de decoherencia en el experimento de MINOS. Además, se discutirá como modi car la decoherencia a la composici on del ujo de neutrinos astrofísicos medidos en IceCube. Finalmente, en el Capítulo 5, se presenta un resumen de los resultados obtenidos y algunas conclusiones al respecto. El anexo A muestra un breve resumen acerca de algunos aspectos básicos de la mecánica cuántica.