11 feb. 2014

El experimento NOvA detecta los primeros neutrinos

Científicos del Fermilab anunciaron en un comunicado de prensa la detección de los primeros neutrinos. El experimento NOvA consta de dos detectores de partículas enormes colocados a 500 millas de distancia el uno del otro, y su trabajo consiste en explorar las propiedades de un intenso haz de partículas fantasmales llamadas neutrinos. Los neutrinos son abundantes en la naturaleza, pero muy rara vez interactúan con la materia. Su estudio podría arrojar información crucial sobre los primeros momentos del Universo.
"NOvA representa una nueva generación de experimentos de neutrinos", dijo el Director del Fermilab, Nigel Lockyer. "Estamos muy orgullosos de alcanzar este importante hito en nuestro camino a aprender más sobre estas partículas fundamentales."
Los científicos generan un haz de partículas para el experimento NOvA usando uno de los aceleradores más grandes del mundo, ubicado en el Department of Energy’s Fermi National Accelerator Laboratory cerca de Chicago. Su objetivo es analizar el haz de neutrinos que se produce en la dirección de los detectores de partículas, uno cerca del Fermilab y el otro en Minnesota, cerca de la frontera con Canadá. El detector de Minnesota es operado por la Universidad de Minnesota, bajo un acuerdo de cooperación con el Department of Energy’s Office of Science.

Large Hadron Collider quadrupole magnets for directing proton beams 
to interact. These superconducting quadrupole electromagnetas 
were made inFermilab. Source Flickr. Author gamsiz
Miles de millones de estas partículas pasan a través de la tierra cada segundo (principalmente provenientes del Sol) y a través de los detectores. Cuando estos están en funcionamiento, detectan un neutrino por día aproximadamente.
Los neutrinos son partículas muy elusivas y curiosas. Vienen en tres tipos, llamados sabores, y cambian entre ellos a medida que viajan en un fenómeno denominado oscilación. Sólo bastan algunos kilómetros para que se produzca el cambio de sabor u oscilación de los neutrinos. Los tres tipos son: el neutrino electrónico, el neutrino muónico y el neutrino tauónico. Por ejemplo, un haz de neutrinos electrónicos generados en determinado sector del universo, se convertirá al cabo de pocos kilómetros en un tercio de neutrinos muónicos, un tercio de tauónicos y el otro tercio de electrónicos. 

Oscilación de un haz de neutrinos
De modo que los dos detectores están ubicados lo suficientemente lejos como para dar a los neutrinos el tiempo suficiente para oscilar de un sabor a otro mientras viajan casi a la velocidad de la luz. A pesar de que sólo una fracción del detector más grande del experimento, llamado el detector lejano, está completamente construido, lleno de un centelleador y conectado con la electrónica a punto, el experimento ya ha sido utilizado para grabar señales de los primeros neutrinos.
"Que los primeros neutrinos se hayan detectado incluso antes de la instalación del detector lejano de NOvA es un completo tributo a todos los involucrados ", dijo el físico Marvin Marshak de la Universidad de Minnesota". 
Una vez completados, los detectores cercanos y lejanos de Nova tendrán un peso de 300 y 14 000 toneladas, respectivamente. La construcción finalizará cuando se instale el último módulo del detector lejano, a principios de esta primavera y finalizarán el equipamiento de ambos detectores con la electrónica en el verano.
"La detección de los primeros neutrinos viene a significar que estamos por el buen camino” dijo el físico de Harvard Gary Feldman, quien ha sido un co-líder del experimento desde el principio. "Nosotros empezamos a reunirnos hace más de 10 años para discutir la forma de diseñar este experimento, así que estamos ansiosos por ponerlo definitivamente en marcha."
El experimento NOvA está compuesto por 208 científicos de 38 instituciones en los Estados Unidos, Brasil, la República Checa, Grecia, India, Rusia y el Reino Unido. El experimento recibe fondos del Departamento de Energía de EE.UU., la Fundación Nacional de Ciencias y otros organismos de financiación.
El experimento NOvA tiene una duración prevista de seis años. Debido a que los neutrinos interactúan con la materia muy rara vez, los científicos esperan detectar sólo unos 5 mil neutrinos o antineutrinos durante ese tiempo. Los científicos pueden estudiar el tiempo, la dirección y la energía de las partículas que interactúan en sus detectores para determinar si provenían del Fermilab o en otro lugar.
El Fermilab crea un haz de neutrinos por la rotura de los protones en un blanco de grafito, que libera una variedad de partículas. Los científicos utilizan imanes para dirigir las partículas cargadas que emergen de la energía de la colisión en forma de haz. Algunas de estas partículas decaen en neutrinos, y los científicos las filtran para quedarse únicamente con el haz de neutrinos.

Algunas reacciones de generación de neutrinos
Fermilab comenzó a enviar un haz de neutrinos a través de los detectores en septiembre del año 2013, después de 16 meses de trabajo. "Es genial ver a los primeros neutrinos procedentes del complejo mejorado", dijo el físico del Fermilab, Paul Derwent, quien dirigió el proyecto de actualización del acelerador. "Es la culminación de un montón de trabajo duro para conseguir que el programa se pusiera en marcha."
Los diferentes tipos de neutrinos tienen masas diferentes, pero los científicos no saben cómo estas masas se comparan entre sí. Uno de los objetivos del experimento NOvA es determinar el orden de las masas de los neutrinos, conocido como la jerarquía de masas, lo que ayudará a los científicos estrechar su lista de posibles teorías sobre cómo funcionan los neutrinos.
"Ver a los neutrinos en los primeros módulos del detector en Minnesota es un hito importante", dijo el físico del Fermilab Rick Tesárek, líder del proyecto adjunto de Nova. "Ahora podemos empezar a hacer física."

Traducido y adaptado por Mariano Miguel Lanzi de Fermilab

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