Ubicado 700 metros Subter cerca de la ciudad de Jiangmen en el sur de China, una esfera gigante, de 35 metros de diámetro y llena de más de 20,000 toneladas de líquido, acaba de comenzar una misión que durará décadas. Esto es JunoEl Observatorio Jiangmen Underground Neutrino, un nuevo experimento a gran escala que estudia algunas de las partículas más misteriosas y esquivas conocidas por la ciencia.
Los neutrinos son los las partículas más abundantes en el universo con masa. Son partículas fundamentales, lo que significa que no se descomponen en partes constituyentes más pequeñas, lo que las hace muy pequeñas y muy ligeras. También tienen cero carga eléctrica; Son neutrales, de ahí su nombre. Todo esto significa que muy a menudo no interactúan con otras materias con la que entran en contacto, y pueden pasar a través de ella sin afectarlo, haciéndolos difíciles de observar. Es por esta razón que a veces se les conoce como “partículas fantasmas”.
También tienen la capacidad de cambiar (o “oscilar”) entre tres formas diferentes, también conocidas como “sabores”: Electron, MU y Tau. (Tenga en cuenta que los neutrinos con sabor a electrones son diferentes de los electrones; estos últimos son un tipo diferente de partícula fundamental, con una carga negativa).
El hecho de que los neutrinos oscilen fue probado por los físicos Takaaki Kajita y Arthur Bruce McDonald. En dos experimentos separados, observaron que los neutrinos con sabor a electrones oscilan en neutrinos con sabor a mu y tau. Como resultado, demostraron que estas partículas tienen masa y que la masa de cada sabor es diferente. Por esto, ganaron el Premio Nobel de Física en 2015.
Un explicador sobre las oscilaciones de neutrinos del Laboratorio Nacional Acelerador de Fermi.
Pero un hecho importante pero aún desconocido es cómo se ordenan estas masas, que de los tres sabores tienen la mayor masa, y cuál es la menos. Si los físicos tuvieran una mejor comprensión de la masa de neutrinos, esto podría ayudar a describir mejor el comportamiento y la evolución del universo. Aquí es donde entra Juno.
Un experimento único
Los neutrinos no se pueden ver con detectores de partículas convencionales. En cambio, los científicos tienen que buscar los raros signos de ellos que interactúan con otra materia, y esto es lo que La esfera gigante de Juno es para. Llamado centelleador, está lleno de un líquido interno sensible hecho de un disolvente y dos compuestos fluorescentes. Si un neutrino que pasa por este asunto interactúa con él, producirá un destello de luz. Alrededor del líquido hay una red masiva de acero inoxidable que soporta una amplia variedad de sensores de luz altamente sensibles, llamados tubos fotomultiplicadores, capaces de detectar incluso un solo fotón producido por una interacción entre un neutrino y el líquido, y convergirlo en una señal eléctrica medible.
“El experimento de Juno recoge el legado de sus predecesores, con la diferencia de que es mucho más grande”, dice Gioacchino Ranucci, jefe adjunto del experimento y la antigua cabeza de borexino, otro experimento de caza de neutrinos. Ranucci explica una de las principales características de Juno es que Juno puede “ver” tanto los neutrinos como su contraparte antimateria: antineutrinos. Los primeros se producen típicamente en la atmósfera de la Tierra o por la descomposición de los materiales radiactivos en la corteza de la Tierra, o llegan desde el espacio exterior, desde estrellas, agujeros negros, supernovas o incluso el Big Bang. Sin embargo, los antineutrinos se producen artificialmente, en este caso por dos centrales nucleares ubicadas cerca del detector.
“A medida que se propagan, los neutrinos y los antineutrinos continúan oscilando, transformándose entre sí”, dice Ranucci. Juno podrá capturar todas estas señales, explica, mostrando cómo oscilan, “con una precisión nunca antes lograda”.
