Etiquetas

,

Artículo publicado por Andre Salles el 7 de agosto de 2015 en Fermilab

Los científicos del experimento NOvA observaron las primeras pruebas de oscilación de neutrinos, confirmando que el extraordinario detector construido para el proyecto no sólo funciona como estaba planificado, sino que también está realizando grandes progresos hacia su objetivo de dar un gran salto en nuestra comprensión de estas fantasmagóricas partículas.

NOvA es un proyecto para aprender más sobre las abundantes, aunque misteriosas, partículas llamadas neutrinos, que atraviesan la materia común como si no estuviese allí. Los primeros resultados de NOvA, publicados en la conferencia de la División de Partículas y Campos de la American Physical Society en Ann Arbor, Michigan, verifican que el enorme detector de partículas del experimento, de 15 metros de altura, 15 de anchura y 61 de largo, se sitúa en el punto dulce y detecta neutrinos enviados desde más de 800 kilómetros. Los científicos han revisado millones de impactos de rayos cósmicos y se han centrado en las interacciones de los neutrinos.

Nova

Nova Crédito: Fermilab/Sandbox Studio

“Todos están exultantes por ver la primera observación de oscilación de neutrinos”, dice el co-portavoz de NOvA Peter Shanahan, del Fermi National Accelerator Laboratory, en el Departamento de Energía de los Estados Unidos. “Para todas las personas que trabajaron a lo largo de una década en el diseño, construcción, puesta en servicio, y operación de este experimento, es más que gratificante”.

Los investigadores han recopilado un gran número de datos desde febrero de 2014, registrando las interacciones de los neutrinos en el detector de 14 000 toneladas en Ash River (Minnesota), mientras se proseguía con la construcción. Esto permitió que la colaboración NOvA recabase datos mientras ponía a prueba sus sistemas antes de empezar las operaciones con el detector completo, en noviembre de 2014, poco después el experimentó finalizó en el plazo y presupuesto estimado. La construcción y operación de NOvA están patrocinadas por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía.

El haz de neutrinos generado en el Fermilab pasa a través de un detector bajo la superficie, el cual mide la composición de los neutrinos del haz antes de que abandone el Fermilab. Las partículas viajan entonces más de 800 kilómetros a través de la Tierra, sin necesidad de túneles, oscilando (cambiando de tipo) a lo largo del camino. Aproximadamente una vez por segundo, el acelerador envía billones de neutrinos a Minnesota, pero las esquivas partículas interaccionan tan poco que sólo unas pocas se registrarán en el detector.

Cuando un neutrino impacta con un átomo en el detector de NOvA, deja un rastro característico de partículas y luz que depende del tipo de neutrino que sea: electrón, muon o tau. El haz originado en el Fermilab está compuesto casi por completo de un tipo, neutrinos muon, y los científicos pueden medir cuántos de estos neutrinos muon desaparecen a lo largo del camino y reaparecen como neutrinos electrón.

Si no se produjeran estas oscilaciones, los experimentadores predicen la llegada de 201 neutrinos muon en el detector de NOvA con los datos recopilados; en lugar de esto, vieron apenas 33, demostración de que los neutrinos muon estaban desapareciendo al transformarse en los otros dos tipos. De forma similar, si las oscilaciones no tuviesen lugar, los científicos esperarían la aparición de sólo un neutrino electrón (debido a las interacciones de fondo). Pero la colaboración observó seis de tales eventos, prueba de que parte de los neutrinos muon perdidos se habían convertido en neutrinos electrón.

Experimentos similares de larga distancia, tales como el T2K en Japón y MINOS en el Fermilab, han observado anteriormente estas oscilaciones de neutrinos muon a electrón. NOvA, que recopilará datos durante al menos seis años, está viendo unos resultados casi completamente equivalentes en un marco de tiempo mucho menor, algo que encaja bien con el ambicioso objetivo del proyecto de medir las propiedades de los neutrinos, extremo que, por el momento, no han logrado experimentos anteriores.

“Una de las razones por las que hemos realizado este excelente progreso es la impresionante capacidad del haz de neutrinos y el equipo del acelerador del Fermilab”, dice el co-portavoz de NOvA Mark Messier, de la Universidad de Indiana. “Tener un haz de tal potencia funcionando de un modo tan eficiente nos da una ventaja competitiva real, y nos permite recopilar datos muy rápidamente”.

El acelerador insignia del Fermilab fijó recientemente el récord mundial de un haz de neutrinos de alta energía cuando alcanzó los 521 kilowatts, y el laboratorio está trabajando para mejorar el haz de neutrinos aún más para proyectos como NOvA y el próximo DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). Los investigadores esperan alcanzar los 700 kilowatts a principios del próximo año, acumulando una ingente cantidad de interacciones de neutrinos, triplicando la cantidad de datos registrados para final de año.

Los neutrinos son las partículas masivas más abundantes del universo, pero apenas se comprende su naturaleza. Aunque los investigadores saben que los neutrinos aparecen en tres tipos, no saben cuál es el más pesado y cuál el más ligero. Lograr averiguar esto, uno de los objetivos del experimento NOvA, sería una prueba definitiva para las teorías sobre cómo logra su masa el neutrino. Aunque el famoso bosón de Higgs ayuda a explicar cómo algunas partículas obtienen su masa, los científicos aún no saben cómo se conecta con los neutrinos, si es que lo hace. La medida de la jerarquía en la masa de los neutrinos también es una información crucial para los experimentos con estas partículas, que tratan de ver si el neutrino es su propia antipartícula.

Al igual que T2K, NOvA también puede funcionar en modo antineutrino, abriendo una ventana para ver si neutrinos y antineutrinos son fundamentalmente diferentes. Una asimetría en los inicios del universo podría haber desequilibrado la balanza cósmica a favor de la materia, haciendo posible el mundo que vemos hoy. Pronto los científicos serán capaces de combinar los resultados de neutrinos obtenidos por T2K, MINOS y NOvA, arrojando respuestas más precisas sobre las más acuciantes preguntas científicas sobre los neutrinos.

“El rápido éxito del equipo de NOvA demuestra una entrega y talento para llevar a cabo proyectos complejos que den respuesta a las mayores incógnitas de la física de partículas”, dice el Director del Fermilab Nigel Lockyer. “Estamos encantados de que los detectores estén funcionando maravillosamente y proporcionando datos de calidad que expandirán nuestra comprensión del mundo subatómico”.

La colaboración NOvA integra a 210 científicos e ingenieros de 39 instituciones situadas en los Estados Unidos, Brasil, República Checa, Grecia, India, Rusia y el Reino Unido.

Anuncios