Físicos detectan las elusivas “partículas fantasma” fuera del LHC por primera vez

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Físicos detectan las elusivas “partículas fantasma” fuera del LHC por primera vez

Representación artística de partículas subatómicas. / Pixabay

La física acaba de cruzar otro hito. Por primera vez, se han detectado neutrinos candidatos, no solo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), sino en otro colisionador de partículas. La investigación se ha publicado en Physical Review D.

Un equipo de físicos trabajando con el subdetector de neutrinos FASERnu detectó las seis interacciones de neutrinos. El hallazgo no solo demuestra la viabilidad de la tecnología, sino que abre una nueva vía para estudiar estas misteriosas partículas, especialmente a altas energías.

“Antes de este proyecto, nunca se había visto ningún signo de neutrinos en un colisionador de partículas”, dijo el físico Jonathan Feng de la Universidad de California, codirector de la Colaboración FASER. “Este avance es un paso hacia el desarrollo de una comprensión más profunda de estas escurridizas partículas y el papel que desempeñan en el universo”.

Neutrinos

Los neutrinos son una de las partículas subatómicas más abundantes del universo; pero no llevan carga y tienen una masa casi nula. Debido a eso fluyen a través del universo a casi la velocidad de la luz, apenas interactuando con él. Por eso también se les conoce como partículas fantasma.

No obstante, sí interactúan con la materia alrededor. Detectores como IceCube en la Antártida, Super-Kamiokande en Japón y MiniBooNE en Fermilab utilizan matrices de fotodetectores sensibles diseñadas para captar las lluvias de luz que surgen cuando un neutrino interactúa con otras partículas en un entorno completamente oscuro.

Aparte de ello, durante mucho tiempo, científicos han querido estudiar los neutrinos producidos en los colisionadores de partículas. Esto debido a que, al surgir principalmente de la desintegración de los hadrones, se producen a energías muy altas, que no están muy bien estudiadas.

El detector

FASERnu es un detector de emulsión, en el cual placas de plomo y tungsteno se alternan con capas de emulsión. Durante los experimentos de partículas en el LHC, los neutrinos pueden colisionar con los núcleos de las placas de plomo y tungsteno. Esta interacción produce partículas que dejan huellas en las capas de emulsión.

Las planchas deben revelarse como una película fotográfica. Después, los físicos pueden analizar los rastros de partículas para averiguar qué los produjo. En caso sea un neutrino, averiguan cuál era el “sabor” o el tipo del neutrino. Hay tres sabores de neutrinos: electrón, muon y tau, así como sus contrapartes antineutrinos.

En la prueba piloto de FASERnu realizada en 2018, se registraron seis interacciones de neutrinos candidatos en las capas de emulsión. Aunque parezcan muchos, teniendo en cuenta la cantidad de partículas que se producen en una carrera en el LHC, le dio a la colaboración dos piezas de información vitales.

El detector piloto era un aparato relativamente pequeño, de unos 29 kilogramos. El equipo actualmente trabaja en la versión completa, con alrededor de 1.100 kilogramos. Este instrumento será significativamente más sensible y permitirá a los investigadores diferenciar entre los sabores de neutrinos y sus contrapartes de antineutrinos.

La colaboración con el LHC también está buscando presas aún más esquivas. Tienen sus esperanzas puestas en la detección de fotones oscuros, que por el momento son hipotéticos. Sin embargo, podrían ayudar a revelar la naturaleza de la materia oscura, esa misteriosa masa directamente indetectable que constituye la mayor parte del universo.

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