SCIENCE

Captan una dispersión inédita de los neutrinos con un detector tan grande como una tostadora

Una nueva técnica ha permitido detectar una nueva interacción en las partículas más escurridizas del Universo. El pequeño tamaño del aparato promete abaratar y acelerar la investigación en el campo

El investigador Juan Collar sostiene el pequeño detector de neutrinos
El investigador Juan Collar sostiene el pequeño detector de neutrinos - Jean Lachat

Resulta paradójico, pero una de las partículas más abundantes del Universo es también la más escurridiza. Los neutrinos apenas interaccionan con la materia convencional, así que son capaces de atravesar la Tierra y todo lo que haya encima de ella como si fueran un aliento fantasmal. Además, lo hacen a la velocidad de la luz y en números tan enormes que resultan increíbles. Si hasta ahora se conocen 12 partículas fundamentales que componen el Universo (más sus antipartículas) tres de estas son neutrinos. Pero dado que son, con diferencia, las partículas que interaccionan menos con el resto, son también bastante desconocidas.

A pesar de todo, los científicos se las han ingeniado para pescar los neutrinos y entender mejor cómo son y cómo se relacionan con la materia. Recientemente, y por primera vez, tal como han publicado en Science, unos investigadores han podido observar los efectos de un tipo de «choque» entre neutrinos y átomos que nunca en más de 40 años se había podido observar. Con un detector pequeño, del tamaño de una cafetera, investigadores de la universidad de Chicago han observado una interacción que ocurre entre neutrinos y el núcleo y que se conoce como «dispersión elástica coherente neutrino-núcleo». Pero, ¿en realidad esto es importante?

«Sin duda, además de haber observado por primera vez una nueva interacción del neutrino, quizás más importante todavía es el hecho de que esta observación se ha llevado a cabo en un detector mucho más pequeño de lo habitual», ha explicado a ABC Anselmo Cervera Villanueva, científico del Instituto de Física Corpuscular (CSIC).

Según este experto, los detectores grandes siguen siendo imprescindibles para hacer otro tipo de investigaciones, pero esta prueba, hecha con un instrumento prácticamente portátil, que pesa cerca de 14,5 kilogramos, «abre la puerta a otros muchos experimentos de pequeño tamaño, de bajo coste, y por tanto más rápidos y viables, que podría acelerar el número de descubrimientos», según Cervera Villanueva.

Los investigadores Bjorn Scholz y Grayson Rich instalan el pequeño detector
Los investigadores Bjorn Scholz y Grayson Rich instalan el pequeño detector- Juan Collar/University of Chicago

Como los neutrinos apenas interaccionan con la materia, para detectarlos hace falta detectores enormes. «Algunos pueden llegar a medir 50 metros y a pesar más de 50.000 toneladas», ha explicado el científico del CSIC.

En esta ocasión, científicos de la Universidad de Chicago diseñaron un pequeño detector de 14,5 kilogramos que se puede colocar encima de una mesa. «¡Esto es realmente extraordinario!», ha resaltado Anselmo Cervera.

Además, han podido detectar una interacción que hasta ahora y desde 1974 había sido una mera hipótesis. «Por qué nos ha llevado 43 años observar esta interacción?, se ha preguntado Juan Collar, investigador en la universidad de Chicago y coautor del estudio. «Porque lo que ocurre es realmente muy sutil».

Un choque muy sutil

Cuando un neutrino impacta contra el núcleo de un átomo, crea un minúsculo retroceso que, en teoría, se puede medir. Esta interacción es más probable cuanto más pesado es el núcleo de los átomos, pero al mismo tiempo se hace más difícil de medir cuanto más pesado es. «Imagina que tus neutrinos están golpeando y dándole un poco de momento–energía cinética–a un bola para jugar a los bolos», ha dicho Collar.

Los investigadores diseñaron un cristal de cesio ionizado y sodio que resultó perfecto para la tarea de detectar ese retroceso mínimo. Gracias a esto, han podido sustituir un auténtico armatoste por un aparato tan grande como una tostadora.

«Esto es posible porque en el modo de interacción que se ha descubierto, el neutrino interacciona con un núcleo atómico como si fuera un único objeto, y no con uno de los protones o neutrones que lo forman, como sucede habitualmente. Esa nueva forma de interaccionar es mucho más probable que la habitual, pero requería de la combinación perfecta entre la fuente de neutrinos y el detector, combinación que ha sido posible en este experimento».

El detector, construido con la ayuda de la colaboración COHERENT, que agrupa a 90 científicos de 18 instituciones, se instaló en un túnel acorazado, rodeado de barras de hierro, separado 20 metros de una fuente emisora neutrinos, el «Spallation Neutron Source», una «fábrica» de neutrones que también se puede usar para producir neutrinos.

Los enigmas de la masa y la materia oscura

Gracias a esta interacción detectada, los investigadores esperan resolver importantes preguntas sobre los neutrinos. Por ejemplo: «Sabemos que tienen masa, pero no sabemos exactamente cuánta», ha explicado Collar. Otra posibilidad que abre este trabajo es que ayude a apoyar una de las teorías que existen sobre el origen de la materia oscura, la de las partículas masivas que interactúan débilmente (WIMPs).

En opinión de Anselmo Cervera Villanueva, esta investigación es importante porque el neutrino a día de hoy sigue siendo una partícula bastante desconocida. «Siendo el neutrino una partícula fundamental (indivisible), el conocimiento de sus propiedades y de sus formas de interacción es de capital importancia para el entendimiento del Universo». Y no solo eso. «Este descubrimiento también está relacionado con aplicaciones tecnológicas, pues constituye un novedoso sistema de detección, mucho más pequeño y práctico que los empleados habitualmente. A día de hoy no es obvio que esta tecnología tenga aplicaciones fuera de la investigación básica, pero tampoco puede descartarse».

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