Por primera vez, los físicos han creado y detectado “partículas fantasma” de alta energía dentro del colisionador de átomos más grande del mundo. Los hallazgos podrían ayudar a descubrir los secretos de cómo las estrellas se vuelven supernovas.
Las diminutas partículas, conocidas como neutrinos, fueron detectadas por el detector de neutrinos FASER en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más grande del mundo, ubicado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) cerca de Ginebra, Suiza. Los neutrinos se ganan su apodo espectral porque su carga eléctrica inexistente y su masa casi nula significa que apenas interactúan con otros tipos de materia. Fieles a su apodo fantasmal, los neutrinos vuelan a través de la materia regular a una velocidad cercana a la de la luz. Los físicos presentaron sus resultados en la 57ª conferencia Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories en La Thuile, Italia, el 19 de marzo.
“Hemos descubierto neutrinos de una fuente completamente nueva, los colisionadores de partículas, en los que dos haces de partículas chocan entre sí a una energía extremadamente alta”, dijo Jonathan Feng, físico de la Universidad de California Irvine y co-portavoz de la Colaboración FASER, en un comunicado.
Cada segundo, alrededor de 100 mil millones de neutrinos pasan por cada centímetro cuadrado de tu cuerpo. Las diminutas partículas están en todas partes: producidas 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. De hecho, los neutrinos, que se descubrieron por primera vez saliendo de un reactor nuclear en 1956, son superados solo por fotones como las partículas subatómicas más abundantes en el universo.
Pero a pesar de su ubicuidad, las interacciones mínimas de las partículas sin carga y casi sin masa con otra materia las hace increíblemente difíciles de detectar. A pesar de esto, muchos experimentos famosos de detección de neutrinos, como el detector Super-Kamiokande de Japón, el MiniBooNE de Fermilab y el detector IceCube antártico, han podido detectar neutrinos generados por el sol.
Pero los neutrinos que nos llegan del sol son solo una pequeña porción de las partículas fantasmas que existen. En el otro extremo del espectro energético están los neutrinos de alta energía producidos en gigantescas explosiones de supernovas y en lluvias de partículas cuando las partículas del espacio profundo chocan contra la atmósfera de la Tierra. Estos fantasmas de alta energía han sido un misterio para los científicos hasta ahora.
“Estos neutrinos de muy alta energía en el LHC son importantes para comprender observaciones realmente emocionantes en astrofísica de partículas”, dijo en el comunicado Jamie Boyd, físico de partículas del CERN y co-portavoz de FASER. Las nuevas detecciones podrían ayudar a explicar cómo se queman y explotan las estrellas, y cómo las interacciones de neutrinos de alta energía provocan la producción de otras partículas en el espacio.
Para atrapar los espectros subatómicos, los físicos construyeron un s’more de detección de partículas: densas placas de metal de plomo y tungsteno que intercalan múltiples capas de suciedad detectora de luz llamada emulsión. Cuando haces de protones de alta potencia colisionan dentro del LHC, producen una lluvia de partículas de subproducto, una pequeña fracción de ellas neutrinos, que ingresan al s’more. Los neutrinos de estas colisiones luego chocan contra los núcleos atómicos en las densas placas de metal y se descomponen en otras partículas. 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 pasan a través de ellas.
Al “desarrollar” esta emulsión similar a una película y analizar los rastros de partículas, los físicos descubrieron que algunas de las marcas fueron producidas por chorros de partículas hechos por neutrinos que pasaban a través de las placas; incluso pudieron determinar cuál de los tres “sabores” de partículas de neutrino (tau, muón o electrón) habían detectado.
Los seis neutrinos detectados por este experimento se identificaron por primera vez en 2021. Los físicos tardaron dos años en recopilar suficientes datos para confirmar que eran reales. Ahora, esperan encontrar muchos más y creen que podrían usarlos para probar entornos en todo el universo donde se crean partículas fantasmas de alta energía.
Fuente: Live Science.
