El Gran Colisionador de Hadrones/ATLAS en el CERN. 18 de noviembre de 2007 (Editor de imágenes/CC BY 2.0)
Durante una prueba de un nuevo detector en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) -el mayor acelerador de partículas del mundo- se encontraron diminutas “partículas fantasma” conocidas como “neutrinos”. El detector se encuentra en el CERN, cerca de Ginebra (Suiza).
Hasta ahora no se habían encontrado neutrinos dentro del LHC. También es la primera vez que se encuentran en el interior de cualquier acelerador de partículas, de ahí la importancia del hallazgo. El nuevo descubrimiento, publicado el 24 de noviembre, abre un camino completamente nuevo para que los científicos estudien el mundo bajo la superficie.
Las “partículas fantasma” no son lo único que los científicos del Experimento de Búsqueda Avanzada (FASER) quieren encontrar. El equipo también está trabajando en un experimento para buscar “fotones oscuros”, que los físicos creen que podrían estar relacionados con la materia oscura, la misteriosa sustancia no luminosa que se cree que constituye alrededor del 85% de la materia del universo.
Fue realizado por el FASER del CERN. Antes de esto, “antes de este proyecto, nunca se había visto ninguna señal de neutrinos en un colisionador de partículas”, dijo en un comunicado Jonathan Feng, coautor del estudio, profesor de física de la Universidad de California en Irvine y codirector del proyecto FASER.
“Este significativo avance es un paso hacia el desarrollo de una comprensión más profunda de estas elusivas partículas y del papel que desempeñan en el universo”, dijo Feng.
Cuando uno está vivo, unos 100.000 millones de neutrinos pasan por cada centímetro cuadrado de su cuerpo en un segundo. Esas diminutas partículas se encuentran por todas partes. Se producen en el fuego nuclear de las estrellas, en las enormes explosiones de supernovas, en los rayos cósmicos y en la desintegración radiactiva, y también en los aceleradores de partículas y en los reactores nucleares de la Tierra.
Pero aunque las partículas están por todas partes, sigue siendo difícil encontrarlas. Es difícil que los neutrinos interactúen con otros tipos de materia porque no tienen carga eléctrica y casi no tienen masa.
Haciendo honor a su nombre, los neutrinos consideran que la materia normal del universo es intangible, y se mueven a través de ella a una velocidad cercana a la de la luz, al igual que los fantasmas.
Sin embargo, el hecho de que los neutrinos sean difíciles de captar no significa que no se puedan captar en absoluto. Existe un efecto llamado radiación Cherenkov que algunos de los detectores de neutrinos más conocidos han utilizado para detectar los neutrinos generados por el sol. Así es como estos detectores los han encontrado.
Una partícula que viaja a través de un material más lento que la luz (como el agua) es capaz de generar un tenue resplandor azul en su estela, al igual que lo hace un chorro que viaja más rápido que la velocidad del sonido. Cuando los neutrinos chocan de lleno con un núcleo atómico, producen una luz que permite a los científicos ver los subproductos de las partículas resultantes.
Sin embargo, todavía hay muchas cosas que los científicos desconocen sobre cómo se forman los neutrinos de alta energía cuando las partículas chocan en los aceleradores de partículas. Los científicos de la colaboración FASER idearon un nuevo detector llamado FASERnu para buscar estos neutrinos caseros.
Se puede pensar en él como una galleta “envuelta en emulsión” que puede detectar pequeñas partículas. Tiene unas densas placas metálicas de plomo y tungsteno que están intercaladas entre capas de “emulsión”. En primer lugar, los neutrinos chocan con los núcleos atómicos de las densas placas metálicas para crear las partículas que dejan atrás.
Cuando los subproductos de los neutrinos chocan con las capas de emulsión, reaccionan con ellas y dejan tras de sí los trazos de las partículas al atravesarlas. Así es como Feng dice que funciona.
Al “revelar” la emulsión y observar los rastros de partículas dejados, los físicos pudieron averiguar que algunas de las marcas fueron hechas por neutrinos. Incluso pudieron averiguar cuál de los tres tipos de neutrinos habían encontrado. Esto significa que no sólo eligieron el lugar correcto dentro del enorme anillo de 17 millas (27 kilómetros) para buscar neutrinos, sino que su nuevo detector también fue capaz de verlos.
Después de encontrar un detector que funcionaba, los científicos están construyendo una versión más grande del mismo, que dicen que será aún mejor para detectar neutrinos y sus contrapartes de antimateria, llamados antineutrinos. Dicen que también será capaz de diferenciar los neutrinos de sus homólogos de antimateria.
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