Científicos nipones disparan neutrinos contra dos enormes depósitos subterráneos de agua pura y proyectan construir un tercero, aún más grande, que posibilitará experimentos inéditos futurístico.
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Los astrofísicos llevan décadas esperando interceptar algún haz de partículas proveniente de la explosión de supernovas. Cuentan con enormes instalaciones para eso, como el observatorio de neutrinos en Kamioca, Japón.
Sin embargo, desde los años 1980 solo han detectado 24 neutrinos –todos provenientes de una sola supernova– y precisamente en esa década del siglo pasado, destacó este lunes en un artículo multimedia Jake Sturmer, corresponsal de Australian Broadcasting Corporation, quien visitó recientemente el observatorio nipón.
Ese conjunto de múltiples detectores, que recibe el nombre de Kamiokande, fue construido en un subterráneo para evitar el ruido de partículas omnipresentes en la atmósfera. Después de aquella primera hazaña, los científicos nipones erigieron una segunda versión, el Súper-Kamiokande. Allí fue registrada la primera evidencia de oscilaciones de neutrinos: otro éxito científico de los finales del siglo pasado.
Por el momento, las dos gigantescas cavernas subterráneas coexisten. «Son simplemente tanques de agua pura o muy limpia, rodeados de colectores de luz», explicó el profesor Mark Vagins, colaborador del proyecto nipón, quien acompañó al periodista a la más grande de esas instalaciones.
Estos depósitos, con 3.000 y 50.000 toneladas de agua, respectivamente, contribuyen a la busca de «pistas sobre los orígenes de nuestro Universo» por medio de la radicación de Cherenkov, producida por partículas eléctricamente cargadas a su paso por el agua y a velocidades superiores a la de la luz en dicho medio. Las paredes constan de miles de detectores dorados de partículas. Básicamente son grandes bombillas, pero «bombillas al revés», puesto que capturan la luz en vez de producirla y emiten la electricidad que consume una bombilla normal. De esta manera los físicos se enteran del paso de un neutrino a gran velocidad a través del depósito.
Una variedad de neutrinos y su detección
Cada supernova es «una bomba de neutrinos», según Vagins, quien las calificó también como «la mejor fuente de neutrinos».
A su vez, los miles de detectores son tan sensibles que si estuvieran en la Luna, podrían detectar una cerilla encendida sobre la Tierra. Además, reaccionan de manera distinta al paso de neutrinos que emanan de fuentes diferentes, lo que permite distinguir si provienen de una supernova y rompen moléculas de agua, o de una fuente terrestre (como una central nuclear), o del Sol, cuyos neutrinos también fueron interceptados por el observatorio nipón.
No obstante, Vagins comparó la posibilidad de atrapar aquellos que llegan de las supernovas con «una ventana al pasado». Y es que, según la teoría que postula, «cada átomo de oxígeno que respiramos, cada uno que está en el agua que bebemos, en el agua de nuestros cuerpos (…) se formó en el corazón de una estrella muerta, explotada, que desapareció hace mucho».
En espera de una nueva explosión de supernova, los estudiosos calibran la sensibilidad de los detectores disparando protones y neutrinos hacia el depósito. Estos disparos se efectúan desde el acelerador de partículas J-PARC, situado a 295 kilómetros de distancia y a casi 2 kilómetros de profundidad, más cerca de Tokio.
Además, los investigadores propusieron agregar al agua un metal plateado de tierras raras, llamado gadolinio, para aumentar aún más la sensibilidad del sistema detector. Vagins es uno de los científicos encargados de reiniciar el funcionamiento del conjunto a finales de este año o principios del próximo, ya con este ingrediente adicional.
Del ‘Súper’ al ‘Híper’
Un neutrón se transforma en protón dentro de un núcleo atómico con dos protones y dos neutrones emitiendo dos partículas subatómicas hacia afueraDespués de 35 años de intentos: Físicos resuelven el enigma del núcleo atómico
La caza de neutrinos podría ascender a un nivel tecnológico jamás visto con la puesta en marcha del depósito número tres, que los científicos llaman Híper-Kamiokande. Un anteproyecto apunta a una gigantesca cámara detectora de neutrinos, con 260.000 toneladas de agua y 40.000 fotomultiplicadores, que son los detectores ópticos de vacío.
Las tareas que podrían plantearse a partir de esa instalación de tercera generación «llevan más allá del modelo estándar y hacia una física nueva», valoró el profesor Yuri Kudenko, del Instituto de Investigaciones Nucleares de la Academia de Ciencias de Rusia. El catedrático compartió este lunes con RIA Novosti los planes de largo alcance que diseñan los colaboradores del observatorio.
Kudenko destacó entre esas tareas la medición de la masa exacta del neutrino, la comprensión de la asimetría entre la materia y la antimateria y la búsqueda de algunas pistas de desintegración de protones, que es un proceso hipotético jamás visto, puesto que la expectativa de vida estimada de un protón supera la de todo el Universo.
Se espera que el Gobierno de Japón apruebe el proyecto de la construcción a finales del año en curso y que las obras comiencen en abril del 2020. La nueva instalación podría estar lista para experimentos en el 2027.
En el Súper-Kamiokande se han registrado aproximadamente 10 «eventos de neutrino» al mes (inducidos todos por el acelerador de partículas), mientras que en el nuevo depósito los podría haber hasta siete u ocho veces más, señaló el físico ruso.
La noticia, publicada en mayo pasado en el sitio web del propio observatorio, apuntó también al uso potencial del Híper-Kamiokande para medir con precisión el tiempo y cantidades de luz. El colectivo estuvo ese mes probando unos prototipos de circuitos electrónicos hechos con fibra óptica, capaces de mandar a distancia la «señal de tiempo» con una precisión cercana a 100 picosegundos (una mil millonésima parte de un segundo).
H/T – Actualidad
