Se acaba de lograr un hito importante en la física de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC).
Por primera vez, se han detectado neutrinos candidatos, no solo en el LHC, sino en alguna colisionador de partículas.
Las seis interacciones de neutrinos, detectadas mediante el subdetector de neutrinos FASERnu, no solo demuestran la viabilidad de la tecnología, sino que abren una nueva vía para estudiar estas misteriosas partículas, particularmente a altas energías.
“Antes de este proyecto, nunca se había visto ninguna señal de neutrinos en un colisionador de partículas”, dijo el físico Jonathan Feng de la Universidad de California Irvine, co-líder de la Colaboración FASER.
“Este avance significativo es un paso hacia el desarrollo de una comprensión más profunda de estas escurridizas partículas y el papel que desempeñan en el Universo”.
En realidad, los neutrinos están en todas partes. Son una de las partículas subatómicas más abundantes del Universo; pero no llevan carga y tienen una masa casi nula, por lo que, aunque fluyen a través del Universo a casi la velocidad de la luz, apenas interactúan con él. Miles de millones de cosas están fluyendo a través de ti en este momento. Para un neutrino, el resto del Universo es básicamente incorpóreo; por eso también se conocen como partículas fantasma.
Aunque interactúan raramente, eso no es lo mismo que nunca. Detectores como Cubo de hielo en la Antártida, Super-Kamiokande en Japón, y MiniBooNE en Fermilab en Illinois utilizan matrices de fotodetectores sensibles diseñadas para captar las lluvias de luz que surgen cuando un neutrino interactúa con otras partículas en un entorno completamente oscuro, por ejemplo.
Pero durante mucho tiempo, los científicos también han querido estudiar los neutrinos producidos en los colisionadores de partículas. Esto se debe a que los neutrinos colisionadores, que surgen principalmente de la desintegración de los hadrones, se producen a energías muy altas, que no están muy bien estudiadas. La detección de neutrinos colisionadores proporciona acceso a energías y tipos de neutrinos que rara vez se ven en otros lugares.
FASERnu es lo que se conoce como detector de emulsión. Las placas de plomo y tungsteno se alternan con capas de emulsión: durante los experimentos de partículas en el LHC, los neutrinos pueden colisionar con los núcleos de las placas de plomo y tungsteno, produciendo partículas que dejan huellas en las capas de emulsión, un poco como la radiación ionizante hace huellas en a Camara de Niebla
Las planchas deben revelarse como una película fotográfica. Luego, los físicos pueden analizar los rastros de partículas para averiguar qué los produjo; si era un neutrino, y luego cuál era el “sabor” o el tipo del neutrino. Hay tres sabores de neutrinos: electrón, muón y tau, así como sus contrapartes antineutrinos.
En la prueba piloto de FASERnu realizada en 2018, se registraron seis interacciones de neutrinos candidatos en las capas de emulsión. Puede que no parezcan muchos, considerando la cantidad de partículas que se producen en una carrera en el LHC, pero le dio a la colaboración dos piezas de información vitales.
“Primero, verificó que la posición adelante del punto de interacción ATLAS en el LHC es la ubicación correcta para detectar neutrinos colisionadores”. Feng dijo. “En segundo lugar, nuestros esfuerzos demostraron la eficacia de utilizar un detector de emulsión para observar este tipo de interacciones de neutrinos”.
El detector piloto era un aparato relativamente pequeño, de alrededor de 29 kilogramos (64 libras). El equipo está trabajando actualmente en la versión completa, alrededor de 1.100 kilogramos (más de 2.400 libras). Este instrumento será significativamente más sensible y permitirá a los investigadores diferenciar entre los sabores de neutrinos y sus contrapartes de antineutrinos.
Esperan que la tercera serie de observación del Gran Colisionador de Hadrones produzca 200 mil millones de neutrinos electrónicos, 6 billones de neutrinos muónicos y 9 mil millones de neutrinos tau, y sus antineutrinos. Dado que solo hemos detectado alrededor de 10 neutrinos tau, en total, hasta la fecha, esto será un gran problema.
La colaboración también está buscando presas aún más esquivas. Tienen sus esperanzas puestas en la detección de fotones oscuros, que son por el momento hipotéticos, pero que podrían ayudar a revelar la naturaleza de la materia oscura, la misteriosa masa directamente indetectable que constituye la mayor parte de la materia del Universo.
Pero las detecciones de neutrinos por sí solas son un paso adelante tremendamente emocionante para nuestra comprensión de los componentes fundamentales del Universo.
“Dada la potencia 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 el físico y astrónomo David Casper de la Universidad de California, Irvine, codirector del proyecto FASER.
“Detectaremos los neutrinos de mayor energía que jamás se hayan producido a partir de una fuente creada por el hombre”.
La investigación del equipo se ha publicado en Revisión física D.
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