Científicos se proponen a cazar neutrinos en China

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 Nuevo super observatorio de neutrinos será construido en el sur de China.

China siempre ha sido escenario de proyectos colosales. La comunidad de física fundamental, que no podía quedarse atrás, ha propuesto a Jiangmen, a unas 2.5 horas en ferry de la gran cosmopólita Hong Kong, como la ciudad que albergará un observatorio gigante de neutrinos. Secretos del Universo se manifestarán a los ojos del análisis en equipos de detección que estarán enterrados bajo una montaña a 700 metros de profundidad.

Más de doscientos científicos de China, República Checa, Francia, Finlandia, Alemania, Italia, Rusia y EEUU, se reunieron este verano en el Instituto de Física de Altas Energías de Beijing para anunciar la fundación oficial de la colaboración “Observatorio Subterráneo de Neutrinos de Jiangmen”, JUNO por sus siglas en inglés. Si la construcción del observatorio se lleva a cabo según lo planificado, se espera comenzará a producir data a partir del 2020.

Los neutrinos son partículas elementales que constituyen la materia. Fueron propuestos teóricamente por el genio de la física Wolfang Pauli en 1931 para explicar una aparente violación de la conservación de la energía en decaimientos de átomos radiactivos. El nombre neutrino lo propuso Enrico Fermi y la primera evidencia experimental de su existencia fue reportada por Frederick Reines y Clyde Cowan en 1956. Los neutrinos tienen una masa extremadamente pequeña, no tienen carga eléctrica y son capaces de recorrer distancias inconmensurables, incluso cientos de kilómetros en roca sólida, sin interactuar con nada. Sólo participan en reacciones conocidas técnicamente como “interacciones débiles” que son de increíblemente corto alcance, es decir, el neutrino tiene que estar fantásticamente cerca de las partículas nucleares para que estas noten su presencia1. Estas propiedades hacen a los neutrinos muy dificiles de detectar: son prácticamente invisibles. Es por esto que los observatorios de neutrinos son asombrosamente grandes, así se mejoran los chances de observación y recolección de datos.

El detector Chino, que medirá 80 metros de alto y 34.5 metros de diámetro, contendrá 20.000 toneladas de un coctel químico especialmente diseñado para favorecer la detección de la partícula invisible. La interacción de los neutrinos con los átomos del líquido produce luz que será capturada por más de 15.000 sensores2 colocados en su interior. La gran montaña de roca natural que cubrirá el detector sirve de filtro natural a otras partículas atmosféricas y del espacio exterior.

Se conocen hasta ahora tres tipos o “sabores” distintos de neutrinos: electrónico, muónico y taónico. Se les diferencia por su masa y la naturaleza de las reacciones en las que participan. Un ejemplo de interacción débil se observa naturalmente en reacciones del núcleo de ciertos elementos, conocidas como “radiación beta”. Durante este proceso uno de los neutrones del núcleo decae en un protón, un electrón y un neutrino3. Sin embargo los neutrinos también entran en la tierra provenientes del espacio exterior o se generan en la atmósfera en lluvias de partículas o  “rayos cósmicos secundarios”.

El estudio de los neutrinos es fundamental en el entendimiento de la composición y origen del Universo. Con los experimentos del JUNO se proyecta investigar múltiples problemas asociados. Uno de ellos seria la medición precisa de su masa según sus distintos sabores4. También se pretende entender el origen de las misteriosas “oscilaciones de neutrinos”, fenómeno que consiste en cambios de sabor que sufren “en el camino”. Los científicos de la colaboración JUNO ambicionan estudiar neutrinos de diferente procedencia: de las plantas nucleares de Yangjiang y Taishan, naturales del interior de la tierra o “geoneutrinos”, neutrinos atmosféricos de las lluvias de rayos cósmicos, neutrinos solares y hasta originados en supernovas.

Este es un gran comienzo. Imaginamos que en diez años conoceremos mejor nuestro universo y los neutrinos tendrán menos secretos para nosotros“, dijo Yifang Wang, director del Instituto de Física de Altas Energías en China y portavoz de la colaboración JUNO.  Junto a este experimento, muchos otros que están operando o en vías de construcción conforman una red mundial de observatorios de neutrinos. Estos incluyen IceCube en la Antártida, el NOvA en EEUU, el Superkamiokande en Japon,  que ya esta tomando data y ahora se proyecta la construcción de el Hyperkamiokande y el Observatorio de Neutrinos de la India. No cabe duda que el mundo estará a la expectativa de los resultados de todos estos maravillosos emprendimientos científicos.

  1. aproximadamente de 10^{-18} metros, esto es 0.1 % el radio del protón. []
  2. Estos sensores de luz se les conoce como “fotomultiplicadores”, el lector curioso puede investigar aquí como funcionan estos equipos []
  3. en este caso es estrictamente un anti-neutrino, la antipartícula del neutrino []
  4. conocido como el problema de jerarquía de la masa de los neutrinos []
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