Primera detección de acelerador de partículas

Por primera vez se han detectado neutrinos producidos a partir de reacciones nucleares provocadas por el Gran Colisionador de Hadrones. Aunque los físicos han estado seguros de que las reacciones que ocurren cuando las partículas se aceleran a una velocidad cercana a la de la luz y chocan entre sí producen neutrinos, capturar la evidencia ha sido un asunto diferente. El logro podría ayudar a los físicos de partículas a resolver algunas de las grandes incógnitas del comportamiento de las partículas subatómicas.

En la década de 1930, los físicos notaron que los productos de muchas reacciones nucleares parecían transportar menos energía que las partículas que precedían a la reacción. Esto viola la ley de conservación de la energía y la explicación obvia era que faltaban productos adicionales. Tales partículas, llamadas neutrinos, tendrían que ser muy ligeras (durante mucho tiempo se pensó que no tenían masa) e interactuar sólo muy débilmente con objetos más familiares. De lo contrario, nos habrían resultado más fáciles de detectar.

A pesar de cierto desprecio por la idea de objetos indetectables inventados exclusivamente para resolver un problema, en 1956 se confirmó que los neutrinos provenían de un reactor nuclear, y el hallazgo le valió el Premio Nobel. Desde entonces se ha descubierto que se originan en el Sol, en interacciones entre los rayos cósmicos y la atmósfera superior y en eventos astronómicos de alta energía como las supernovas.

"Con cada nueva fuente han surgido nuevos conocimientos, con implicaciones importantes para muchos campos, desde la física de partículas hasta la geofísica, la astrofísica y la cosmología", escribe la colaboración Forward Search Experiment (FASER). Los investigadores incluso han identificado tres tipos, conocidos como sabores. Aunque billones pasan por tu cuerpo cada segundo, se necesitan enormes tanques de agua enterrados bajo tierra para ver las huellas creadas por la pequeña proporción que produce o altera otras partículas a su paso.

Los números producidos en máquinas como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN son naturalmente una pequeña fracción de los de origen astronómico, lo que hace que la tarea de encontrarlos sea aún más difícil. Sin embargo, ahora esto lo han hecho dos equipos de forma independiente.

"Los neutrinos se producen en abundancia en colisionadores de protones como el LHC", dijo a Phys.org Cristovao Vilela de la colaboración SND@LHC. "Sin embargo, hasta ahora estos neutrinos nunca habían sido observados directamente. La muy débil interacción de los neutrinos con otras partículas hace que su detección sea muy difícil y por eso son las partículas menos estudiadas en el modelo estándar de física de partículas".

De hecho, los neutrinos son las únicas partículas en el Modelo Estándar, y por lo tanto confirmada su existencia, que no habían sido detectadas por colisionadores de partículas.

Los dos equipos adoptaron enfoques diferentes para la captura de neutrinos. La colaboración FASER colocó su detector a lo largo de la línea del haz, de modo que los neutrinos de mayor energía, aquellos que continúan por un camino similar al de las partículas, pasaran a través de ella. Aunque todavía son difíciles de observar, es más probable que los neutrinos de alta energía interactúen con otra materia que con los de menor energía.

El detector FASER consta de 730 láminas de tungsteno, cada una de 1,1 mm (0,044 pulgadas) de espesor, con películas de emulsión entre ellas. El equipo fue recompensado con 153 detecciones por encima del nivel de fondo, con energías de más de 200 mil millones de electronvoltios durante cinco meses de observaciones.

SND@LHC, por otro lado, colocó su detector a un lado y observó sólo ocho eventos candidatos. Ambos equipos protegieron sus detectores con cien metros de roca y hormigón, bloqueando la mayoría de las demás partículas producidas en la reacción. Los neutrinos, con sus pocas posibilidades de interactuar con toda esa masa, pasaron ilesos. Sin embargo, Viela explicó que por cada neutrino. El detector SND@LHC captó decenas de millones de muones que desencadenaron señales muy similares.

Los cuentos sobre agujas en pajares no hacen justicia al intento de distinguir las interacciones de neutrinos de las causadas por muones.

El descubrimiento ha sido anunciado en dos artículos en Physical Review Letters de FASER y SND@LHC.

H/T Phys.org