Nuevo experimento de neutrinos comienza sus mediciones

Neutrinos siguen haciendo noticia.

Neutrino electrónico.

Es que hay tantas cosas que no sabemos sobre estos pequeños neutros (de donde proviene su nombre en italiano) y son tan abundantes en nuestro universo (se estima que 80.000 millones de ellos atraviesan cada una de tus uñas cada segundo! ) que sus propiedades pudieron haber jugado un importante rol en las etapas tempranas del universo.
Como hemos discutido en posts anteriores, los neutrinos interactúan débilmente, lo que significa que es muy poco probable que uno de ellos produzca un efecto medible por lo cual los físicos usan dos trucos: primero usan fuentes con un gran flujo de neutrinos (como el sol) y segundo construyen enormes detectores, estos dos efectos aumentan las probabilidades de que alguno de ellos interactúe y así puedan medirse sus propiedades.
Neutrinos son usualmente denominados “partículas fantasmales” ya que atraviesan incluso nuestro planeta como si éste fuese transparente, durante el día neutrinos provenientes del sol bombardean nuestras cabezas y durante la noche cruzan la Tierra y aparecen bajo nuestros pies. Los neutrinos fueron detectados

Reines y Cowan con su experimento.

por primera vez en 1956 en un experimento liderado por Clyde Cowan and Frederick Reines (quien recibió el Premio Nobel en 1995 por este descubrimiento) en un proyecto al que bautizaron como Proyecto Poltergeist. Personalmente creo que esto le da un toque bastante tenebroso, ya que básicamente podríamos decir que los neutrinos son partículas fantasmales observadas por primera vez gracias al proyecto Poltergeist, que durante la noche aparecen por debajo de tu cama.
Neutrinos son producidos en las reacciones nucleares en general, las que mantienen al sol brillando producen los llamados neutrinos solares. Sin embargo, hace 70 años que sabemos cómo producir reacciones nucleares artificiales acá en la Tierra. Cowan and Reines se propusieron medir los neutrinos (antineutrinos en realidad) procedentes de una planta nuclear. Con una fuente tan copiosa de antineutrinos ellos verificaron por primera vez la existencia de la famosa y elusiva partícula. Hasta entonces era sólo una idea teórica nacida de la mente de Wolfgang Pauli.

Oscilaciones de neutrinos

No sólo son los neutrinos extraños por ser tan elusivos y atravesar lo que encuentren en su camino, además sufren de una crisis de identidad cuando viajan. Existen tres tipos de neutrinos, que los físicos llaman “sabores” llamados neutrino electrónico \nu_e, neutrino muónico \nu_\mu, y neutrino tau \nu_\tau . La crisis de identidad aparece cuando un neutrino de un determinado sabor es creado y se aleja de su fuente. Estas partículas se mueven casi a la velocidad de la luz y luego de cierto tiempo viajando por el espacio cambian de sabor. Es decir un neutrino electrónico luego de cierto tiempo se transforma en un neutrino muónico, luego en un neutrino tau y después en electrónico nuevamente repitiendo el ciclo. Este fenómeno se denomina oscilaciones de neutrinos y es uno de los campos de investigación más activos en física de partículas. Por este motivo en los últimos años se siguen diseñando y construyendo nuevos experimentos para medir los parámetros que controlan las oscilaciones. Conocemos algunos de estos parámetros pero hay otros de los que no tenemos idea. Uno de ellos, llamado \delta , permitiría que neutrinos y antineutrinos se comporten de diferente manera y se ha propuesto que esto podría explicar por qué luego del big bang toda la materia y antimateria creada no se aniquiló completamente dando origen al universo en el que vivimos, en otras palabras podríamos deberle nuestra existencia a estos pequeños neutros. Dicho parámetro es relevante y podría producir esta fantástica conclusión sólo si otro parámetro llamado \theta_{13} no es cero. Este parámetro es un ángulo que hasta la fecha sólo sabemos que es menor que 14^\circ y una de las mejores maneras para medir su valor exacto es estudiando antineutrinos provenientes de un reactor nuclear a una distancia de un kilómetro, distancia en la que muchos de los antineutrinos electrónicos creados en los procesos nucleares en el núcleo del reactor se han transformado (han oscilado) en otro sabor, o como los físicos dicen han desaparecido. Esto es justamente lo que tres nuevos experimentos pretenden medir con increíble precisión. Uno de ellos, llamado Double Chooz, acaba de ser terminado y debería comenzar a tomar datos muy pronto.

Planta nuclear en Chooz

Double Chooz

Chooz es una pequeña localidad en los Ardennes franceses donde se encuentra una planta de energía nuclear con el mismo nombre. Dicha planta posee dos núcleos que generan miles de millones de antineutrinos cada segundo los que serán medidos por dos detectores, uno a 400 metros de la planta y otro a 1 kilómetro. Dado que los antineutrinos desaparecerán (en realidad sabemos que se convierten en antineutrinos de otro sabor) al comparar las mediciones de ambos detectores los parámetros que controlan su oscilación pueden ser determinados. En particular Double Chooz va tras la caza de \theta_{13} , ángulo que si es mayor que 4^\circ será medido por este experimento, el cual es una colaboración internacional que incluye a Alemania, Brasil, España, Estados Unidos, Francia, Inglaterra, Japón y Rusia. Double Chooz no es el único experimento diseñado para medir estos parámetros que podrían darnos señales de por qué existimos, la misma idea está siendo aplicada en otras dos plantas nucleares. El Reactor Experiment for Neutrino Oscillation (RENO) está pronto a ser puesto en marcha en la localidad de YongGwang en Corea del Sur, mientras que en Shenzhen al sur de China el experimento Daya Bay se encuentra en construcción. Se espera que durante este año tengamos más información acerca del ángulo \theta_{13} , lo que abriría una puerta a la posibilidad de comprender fenómenos tan extraños como nuestra propia existencia.

En 2004 la BBC produjo un excelente documental acerca de los detalles del proyecto Poltergeist y el problema de los neutrinos solares (eso da para otro post). Dicho documental puede verse online aquí (en inglés).

Imágenes: Particle Zoo, Fermilab, Double Chooz.

Acerca de Jorge Diaz

Jorge es Investigador Postdoctoral en el Karlsruher Institut für Technologie, Alemania. Se dedica a la Astrofísica de Partículas estudiando neutrinos, rayos cósmicos y fotones de alta energía. Obtuvo su Ph.D. en Física de Partículas en Indiana University, Estados Unidos. En Twitter: @jsdiaz_
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12 respuestas a Nuevo experimento de neutrinos comienza sus mediciones

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    • Jorge Diaz dijo:

      qué tal Julio,
      particlezoo es para volverse loco. Puedes comprar un protón que viene en su interior con sus tres quarks y un par de gluones, o un neutrón que se abre y salen un protón, un electrón y un antineutrino electrónico, representando el decaimiento beta, simplemente genial. Si fueran tan caros me los compro todos.
      Saludos.

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