Juan José Gómez Cadenas (en el centro), con parte del equipo de NEXT ante un prototipo del experimento. Imagen: NEXT. Fuente: Sinc.
El experimento NEXT (Neutrino Experiment with a Xenon TPC) prepara su futuro próximo para competir a nivel internacional en uno de los terrenos más excitantes de la Física: averiguar si el neutrino, llamado la partícula fantasma porque traspasa cada cosa, es su propia antipartícula.
Liderado por el investigador del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) Juan José Gómez Cadenas, NEXT entra en su fase decisiva con la instalación este otoño de la primera fase del experimento en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC), en el pirineo oscense.
A la vez, el equipo de NEXT ha empezado a colaborar con el Centro de Láseres Pulsados de Salamanca para desarrollar un sistema de detección de la señal que revelaría la doble naturaleza del neutrino. Al mismo tiempo, los científicos exploran nuevas posibilidades tecnológicas con aplicaciones más allá de la investigación fundamental.
Un nuevo sistema
Como el LSC, el Centro de Láseres Pulsados de Salamanca (CLPU) es una de las Infraestructuras Científicas y Técnicas Singulares españolas que, además de ofrecer sus instalaciones a los investigadores, cuenta con sus propias líneas de investigación.
Aquí se enmarca la colaboración con el equipo de NEXT, que busca un nuevo sistema para detectar la señal más perseguida por la comunidad científica internacional: la desintegración doble beta sin neutrinos. Esta señal, procedente de un proceso radioactivo natural como es la desintegración doble beta, revelaría que el neutrino es su propia antipartícula.
En el experimento NEXT, que utiliza el gas noble xenón como material detector, esta señal produciría un átomo de bario, que es el que debería detectarse para comprobar que la desintegración doble beta sin neutrinos se ha producido.
Lo que buscan los científicos de NEXT con el CLPU es utilizar uno de sus láseres para emitir millones de fotones por segundo que 'exciten' el átomo de bario con la energía exacta para que emita una señal que pueda captarse en el experimento.
Liderado por el investigador del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) Juan José Gómez Cadenas, NEXT entra en su fase decisiva con la instalación este otoño de la primera fase del experimento en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC), en el pirineo oscense.
A la vez, el equipo de NEXT ha empezado a colaborar con el Centro de Láseres Pulsados de Salamanca para desarrollar un sistema de detección de la señal que revelaría la doble naturaleza del neutrino. Al mismo tiempo, los científicos exploran nuevas posibilidades tecnológicas con aplicaciones más allá de la investigación fundamental.
Un nuevo sistema
Como el LSC, el Centro de Láseres Pulsados de Salamanca (CLPU) es una de las Infraestructuras Científicas y Técnicas Singulares españolas que, además de ofrecer sus instalaciones a los investigadores, cuenta con sus propias líneas de investigación.
Aquí se enmarca la colaboración con el equipo de NEXT, que busca un nuevo sistema para detectar la señal más perseguida por la comunidad científica internacional: la desintegración doble beta sin neutrinos. Esta señal, procedente de un proceso radioactivo natural como es la desintegración doble beta, revelaría que el neutrino es su propia antipartícula.
En el experimento NEXT, que utiliza el gas noble xenón como material detector, esta señal produciría un átomo de bario, que es el que debería detectarse para comprobar que la desintegración doble beta sin neutrinos se ha producido.
Lo que buscan los científicos de NEXT con el CLPU es utilizar uno de sus láseres para emitir millones de fotones por segundo que 'exciten' el átomo de bario con la energía exacta para que emita una señal que pueda captarse en el experimento.
Aplicaciones más allá de la física fundamental
Para Juan José Gómez Cadenas, "esta colaboración que estamos iniciando es muy interesante porque, además de su aplicación para un proyecto de investigación en física fundamental como es el nuestro, puede desarrollar otras técnicas para detectar iones específicos en otros medios distintos al xenón".
Según Gómez Cadenas, el experimento EXO en los EE.UU. fue el primero en intentar este sistema de detección del bario, pero al utilizar xenón líquido el resultado es más complicado. El investigador del IFIC no descarta colaboraciones futuras en este sentido.
La detección de la desintegración doble beta sin neutrinos es una carrera en la que están inmersos varios experimentos en el mundo, con distintas aproximaciones al problema: GERDA (Italia, utiliza germanio); CUORE (Italia, utiliza telurio); KamLAND-Zen (Japón, utiliza xenón); EXO y NEXT, entre otros.
Juan José Gómez Cadenas sostiene que en 2020 pueden darse las condiciones para que se observen las primeras señales de la desintegración doble beta sin neutrinos, si el proceso sucede del orden de 5x1025-1026 años (la edad del Universo es del orden de 13x109 años).
En ese caso, "casi sin planear hay toda una serie de experimentos con distintos materiales y escalas que podrían combinar sus señales y ofrecer una aproximación complementaria al problema", confía el investigador del IFIC.
Posibilidad de ampliación
En este escenario, NEXT tiene sus puntos fuertes como la posibilidad de medir la 'señal topológica' del evento, lo que reduciría aún más el ruido de fondo, la señal procedente de la radiación natural que enmascararía la verdadera señal buscada.
Además, según Gómez Cadenas para NEXT sería más fácil aumentar la masa del material empleado, gas xenón, y los detectores que para otros competidores como GERDA, que utiliza cristales de germanio.
Así, si el suceso se encuentra en una escala mayor de 1026 o 1027 años, una futura ampliación de NEXT con una masa de hasta una tonelada de isótopo también tendría posibilidades de detectarlo.
Siguientes pasos de NEXT
El calendario de NEXT, una colaboración internacional liderada por el IFIC donde participan las universidades de Antonio Nariño (Colombia); Aveiro y Coimbra (Portugal); Autónoma de Madrid, Girona, Politécnica de Valencia, Santiago de Compostela y Zaragoza; Iowa State y Texas A&M (EE.UU), junto al Lawrence Berkeley Laboratory y al JINR (Rusia), ha contado con el espaldarazo de la concesión de una de las Advanced Grants del European Research Council a su investigador principal, Juan José Gómez Cadenas.
En otoño de este año tienen previsto comenzar la instalación en Canfranc de la primera fase del experimento, conocida como NEW, con 10 kilos de xenón ultrapuro, que operará en el LSC en 2015 y 2016.
A partir de 2016, comenzará el montaje la segunda fase del experimento (NEXT-100), que iniciará su toma de datos en 2017. Cada paso se aproxima a la comprobación de la teoría de la naturaleza doble del neutrino propuesta por el físico italiano Ettore Majorana, que desapareció misteriosamente en los años 30 sin dejar rastro.
Para Juan José Gómez Cadenas, "esta colaboración que estamos iniciando es muy interesante porque, además de su aplicación para un proyecto de investigación en física fundamental como es el nuestro, puede desarrollar otras técnicas para detectar iones específicos en otros medios distintos al xenón".
Según Gómez Cadenas, el experimento EXO en los EE.UU. fue el primero en intentar este sistema de detección del bario, pero al utilizar xenón líquido el resultado es más complicado. El investigador del IFIC no descarta colaboraciones futuras en este sentido.
La detección de la desintegración doble beta sin neutrinos es una carrera en la que están inmersos varios experimentos en el mundo, con distintas aproximaciones al problema: GERDA (Italia, utiliza germanio); CUORE (Italia, utiliza telurio); KamLAND-Zen (Japón, utiliza xenón); EXO y NEXT, entre otros.
Juan José Gómez Cadenas sostiene que en 2020 pueden darse las condiciones para que se observen las primeras señales de la desintegración doble beta sin neutrinos, si el proceso sucede del orden de 5x1025-1026 años (la edad del Universo es del orden de 13x109 años).
En ese caso, "casi sin planear hay toda una serie de experimentos con distintos materiales y escalas que podrían combinar sus señales y ofrecer una aproximación complementaria al problema", confía el investigador del IFIC.
Posibilidad de ampliación
En este escenario, NEXT tiene sus puntos fuertes como la posibilidad de medir la 'señal topológica' del evento, lo que reduciría aún más el ruido de fondo, la señal procedente de la radiación natural que enmascararía la verdadera señal buscada.
Además, según Gómez Cadenas para NEXT sería más fácil aumentar la masa del material empleado, gas xenón, y los detectores que para otros competidores como GERDA, que utiliza cristales de germanio.
Así, si el suceso se encuentra en una escala mayor de 1026 o 1027 años, una futura ampliación de NEXT con una masa de hasta una tonelada de isótopo también tendría posibilidades de detectarlo.
Siguientes pasos de NEXT
El calendario de NEXT, una colaboración internacional liderada por el IFIC donde participan las universidades de Antonio Nariño (Colombia); Aveiro y Coimbra (Portugal); Autónoma de Madrid, Girona, Politécnica de Valencia, Santiago de Compostela y Zaragoza; Iowa State y Texas A&M (EE.UU), junto al Lawrence Berkeley Laboratory y al JINR (Rusia), ha contado con el espaldarazo de la concesión de una de las Advanced Grants del European Research Council a su investigador principal, Juan José Gómez Cadenas.
En otoño de este año tienen previsto comenzar la instalación en Canfranc de la primera fase del experimento, conocida como NEW, con 10 kilos de xenón ultrapuro, que operará en el LSC en 2015 y 2016.
A partir de 2016, comenzará el montaje la segunda fase del experimento (NEXT-100), que iniciará su toma de datos en 2017. Cada paso se aproxima a la comprobación de la teoría de la naturaleza doble del neutrino propuesta por el físico italiano Ettore Majorana, que desapareció misteriosamente en los años 30 sin dejar rastro.