El fantasma, por fin, está realmente en la máquina: por primera vez, los científicos han creado neutrinos en un colisionador de partículas.
Esas abundantes pero enigmáticas partículas subatómicas están tan alejadas del resto de la materia que se deslizan a través de ella como espectros, lo que les valió el apodo de “partículas fantasma”.
Los investigadores dicen que este trabajo representa la primera observación directa de neutrinos colisionadores y nos ayudará a comprender cómo se forman estas partículas, cuáles son sus propiedades y su papel en la evolución del Universo.
Los resultados, logrados utilizando el detector FASERnu en el Gran Colisionador de Hadrones, fueron presentados en la 57ª conferencia Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories en Italia.
“Hemos descubierto neutrinos de una fuente completamente nueva, los colisionadores de partículas, donde dos haces de partículas chocan entre sí a una energía extremadamente alta”. dice el físico de partículas Jonathan Feng
Los neutrinos se encuentran entre las partículas subatómicas más abundantes del Universo, solo superadas por los fotones. Pero no tienen carga eléctrica, su masa es casi cero y apenas interactúan con otras partículas que encuentran. Cientos de miles de millones de neutrinos fluyen a través de tu cuerpo en este momento.
Los neutrinos se producen en circunstancias energéticas, como la fusión nuclear que tiene lugar en el interior de las estrellas o las explosiones de supernovas. Y aunque es posible que no los notemos en el día a día, los físicos creen que su masa, por pequeña que sea, probablemente afecta la gravedad del Universo (aunque los neutrinos prácticamente han sido identificados). descartado como materia oscura
Aunque su interacción con la materia es pequeña, no es del todo inexistente; de vez en cuando, un neutrino cósmico choca con otra partícula, produciendo un estallido de luz muy tenue.
Los detectores subterráneos, aislados de otras fuentes de radiación, pueden detectar estas ráfagas. Cubo de hielo
Los neutrinos producidos en colisionadores de partículas, sin embargo, han sido buscados durante mucho tiempo por los físicos porque las altas energías involucradas no están tan bien estudiadas como los neutrinos de baja energía.
“Pueden hablarnos sobre el espacio profundo de una manera que no podemos aprender de otra manera”, dice el físico de partículas Jamie Boyd del CERN. “Estos neutrinos de muy alta energía en el LHC son importantes para comprender observaciones realmente emocionantes en astrofísica de partículas”.
FASERnu es un detector de emulsión compuesto por placas de tungsteno de un milímetro de espesor alternadas con capas de película de emulsión. Se eligió el tungsteno por su alta densidad, lo que aumenta la probabilidad de interacción con los neutrinos; el detector consta de 730 películas de emulsión y una masa total de tungsteno de alrededor de 1 tonelada.
Durante los experimentos con partículas en el LHC, los neutrinos pueden chocar con los núcleos de las placas de tungsteno, produciendo partículas que dejan huellas en las capas de emulsión, un poco como la radiación ionizante deja huellas en un Camara de Niebla.
Estas placas deben ser reveladas, como una película fotográfica, antes de que los físicos puedan analizar los rastros de partículas para averiguar qué los produjo.
Se identificaron y publicaron seis candidatos a neutrinos en 2021. Ahora, los investigadores han confirmado su descubrimiento, utilizando datos de la tercera ejecución del LHC actualizado que comenzó el año pasado, con un nivel de significación de 16 sigma.
Eso significa que la probabilidad de que las señales se hayan producido por casualidad es tan baja que es casi nula; un nivel de significancia de 5 sigma es suficiente para calificar como un descubrimiento en física de partículas.
El equipo de FASER todavía está trabajando arduamente para analizar los datos recopilados por el detector, y parece probable que se produzcan muchas más detecciones de neutrinos. Se espera que continúe la ejecución 3 del LHC hasta 2026y la recopilación y el análisis de datos están en curso.
En 2021, el físico David Casper de UC Irvine proyectó que la ejecución produciría alrededor de 10 000 interacciones de neutrinos, lo que significa que apenas hemos arañado la superficie de lo que FASERnu tiene para ofrecer.
“Los neutrinos son las únicas partículas conocidas que los experimentos mucho más grandes en el Gran Colisionador de Hadrones no pueden detectar directamente”. él dice“así que la observación exitosa de FASER significa que finalmente se está explotando todo el potencial físico del colisionador”.
Los resultados del equipo han sido presentado en la 57.ª conferencia Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories.