Los físicos han detectado “partículas fantasma” llamadas neutrinos dentro de un triturador de átomos por primera vez. Las diminutas partículas, conocidas como neutrinos, fueron detectadas durante la prueba de funcionamiento de un nuevo detector en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más grande del mundo, ubicado en el CERN cerca de Ginebra, Suiza.
El descubrimiento histórico, realizado por la colaboración del Experimento de búsqueda avanzada (FASER) del CERN y presentado en un artículo del 24 de noviembre en la revista Physical Review D, no es solo la primera vez que se ven neutrinos dentro del LHC, sino que también es la primera vez se han encontrado dentro de cualquier acelerador de partículas. El avance abre una ventana completamente nueva a través de la cual los científicos pueden investigar el mundo subatómico.
“Antes de este proyecto, nunca se había visto ningún signo de neutrinos en un colisionador de partículas”, dijo en un comunicado el coautor del estudio Jonathan Feng, profesor de física en la Universidad de California, Irvine y colíder de la colaboración FASER. “Este avance significativo es un paso hacia el desarrollo de una comprensión más profunda de estas elusivas partículas y el papel que desempeñan en el universo”.
Cada segundo, alrededor de 100 mil millones de neutrinos atraviesan cada centímetro cuadrado de tu cuerpo. Las diminutas partículas están en todas partes: se producen en el fuego nuclear de las estrellas, en enormes explosiones de supernovas, por rayos cósmicos y desintegración radiactiva, y en aceleradores de partículas y reactores nucleares en la Tierra.
Pero a pesar de su ubicuidad, las partículas siguen siendo difíciles de atrapar. Debido a que los neutrinos no tienen carga eléctrica y tienen una masa casi nula, apenas interactúan con otros tipos de materia. Fieles a su apodo fantasmal, los neutrinos ven la materia regular del universo como incorpórea y la atraviesan a una velocidad cercana a la de la luz.
Sin embargo, el hecho de que sean difíciles de atrapar no significa que no se puedan atrapar neutrinos. Algunos de los experimentos de detección de neutrinos más famosos, como el detector Super-Kamiokande de Japón, el MiniBooNE de Fermilab y el detector Antarctic IceCube, han detectado neutrinos generados por el sol indirectamente a través de un efecto llamado radiación de Cherenkov. Así como un avión que viaja más rápido que la velocidad del sonido crea un boom sónico, una partícula que viaja a través de un medio que ralentiza la luz (como el agua) más rápido que la luz crea un tenue resplandor azul a su paso. Al buscar este brillo, los científicos pueden detectar los rastros de subproductos de partículas creados después de que los neutrinos golpean un núcleo atómico directamente.
Pero si bien experimentos como estos son excelentes para detectar las firmas de neutrinos que fluyen a través de la Tierra desde el sol, todavía dejan a los científicos con muy poca información sobre los tipos de neutrinos de alta energía que se producen cuando las partículas chocan entre sí dentro de los aceleradores de partículas. Para encontrar estos neutrinos de cosecha propia, los científicos de la colaboración FASER crearon un nuevo detector llamado FASERnu.
El FASERnu es como un s’more detector de partículas, compuesto de densas placas metálicas de plomo y tungsteno que intercalan múltiples capas de suciedad que detecta la luz llamada emulsión. Primero, los neutrinos chocan contra los núcleos atómicos en las densas placas de metal para producir sus subproductos de partículas. Luego, según Feng, las capas de emulsión funcionan de manera similar a la película fotográfica antigua, reaccionando con los subproductos de neutrinos para imprimir los contornos trazados de las partículas a medida que las atraviesan.
Al “desarrollar” la emulsión y analizar los rastros de partículas que quedaron atrás, los físicos descubrieron que algunas de las marcas fueron producidas por neutrinos, incluso pudieron determinar cuál de los tres “sabores” de partículas de neutrino (tau, muón o electrón) habían detectado. Esto confirmó que no solo habían elegido el lugar correcto dentro del gigantesco anillo de 27 kilómetros para detectar neutrinos, sino que su nuevo detector realmente podía verlos.
Ahora que han encontrado un detector ganador, los físicos han comenzado a construir una versión aún más grande, que dicen que no solo será mucho más sensible para detectar las partículas elusivas, sino que también podrá detectar la diferencia entre neutrinos y sus antimateria opuestos, antineutrinos. Cuando el LHC se encienda nuevamente en 2022, planean usar el detector para estudiar en profundidad los neutrinos producidos por el acelerador de partículas.
“Dado el poder de nuestro nuevo detector y su ubicación privilegiada en el CERN, esperamos poder registrar más de 10,000 interacciones de neutrinos en la próxima ejecución del LHC, a partir de 2022”, dijo Casper. “Detectaremos los neutrinos de mayor energía que jamás se hayan producido a partir de una fuente creada por el hombre”.
Los neutrinos tampoco son la única cantera de los científicos de FASER. El equipo también está trabajando en un experimento para detectar hipotéticos “fotones oscuros”, que los físicos creen que podrían estar íntimamente conectados con la materia oscura, la misteriosa sustancia no luminosa que se cree que representa aproximadamente el 85% de la materia del universo.
Fuente: Live Science.
