Primer gran paso para desentrañar el misterio de los neutrinos

El mayor detector de neutrinos de argon líquido del mundo acaba de registrar sus primeras trazas de partículas, marcando el inicio de un nuevo capítulo en la historia de DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment).

Desde su descubrimiento hace más de 60 años, los neutrinos han demostrado ser la partícula subatómica más sorprendente: estamos rodeados de neutrinos, pero sabemos muy poco sobre ellos. Sin embargo, son una excelente herramienta para estudiar el funcionamiento interno de los núcleos atómicos: a diferencia de los electrones o protones, los neutrinos no tienen carga eléctrica, e interactúan con el núcleo de un átomo sólo a través de la fuerza nuclear débil.

Esto los convierte en una herramienta única para explorar los componentes básicos de la materia. Pero el desafío es que los neutrinos son difíciles de producir y detectar, y es muy difícil determinar la energía que tiene un neutrino cuando choca contra un átomo.

El objetivo de DUNE es desvelar los secretos de los neutrinos, la partícula elemental más abundante y misteriosa del Universo. DUNE observará los neutrinos producidos en las explosiones estelares, lo que revelaría la formación de estrellas de neutrones y agujeros negros. También investigará si los protones viven para siempre o se desintegran eventualmente en otras partículas, acercándonos a la realización del sueño de Einstein: la Teoría de la Gran Unificación.

Pero DUNE no sólo estudiará los neutrinos: también investigará su contraparte de antimateria. Los científicos buscarán diferencias en el comportamiento entre neutrinos y antineutrinos, que podrían dar pistas de por qué el Universo está dominado por la materia.

La colaboración científica española de DUNE, en la que participan el CIEMAT, el Institut de Física d'Altes Energies (IFAE), el Instituto de Física Corpuscular (IFIC) y el Instituto de Física Teórica (IFT), cree que los neutrinos pueden tener la respuesta a una de las principales cuestiones de la Física: por qué vivimos en un Universo dominado por la materia.

Enormes detectores

En esta búsqueda de los secretos de los neutrinos, el laboratorio europeo de física de partículas (CERN), situado en Ginebra,  alberga unos enormes detectores de neutrinos (ProtoDUNE), del tamaño de un edificio de tres plantas con forma de gigantesco cubo.

Son los dos primeros prototipos de los detectores mucho más grandes del proyecto DUNE, que alberga el laboratorio nacional Fermi (Fermilab) en los Estados Unidos. Ha llevado dos años construir estos dos primeros detectores de ProtoDUNE, y ocho semanas para llenarlos de argón líquido, que necesita mantenerse a temperaturas por debajo de -184 grados centígrados. Los detectores registran en ese argón trazas de partículas procedentes tanto de los rayos cósmicos como de los haces generados en el complejo de aceleradores del CERN.

Ahora que se han visto las primeras trazas, los científicos operarán el detector los próximos meses para probar la tecnología. Cuando los neutrinos atraviesen estos detectores chocarán con los núcleos del argón produciendo partículas cargadas, que dejan trazas de iones en el líquido que se pueden ver mediante sofisticados sistemas capaces de crear imágenes en tres dimensiones del proceso, invisible de otro modo.

La tecnología empleada en estos primeros detectores de ProtoDUNE es la misma que se utilizará para los módulos que se instalarán en los Estados Unidos, que se construirán en una mina subterránea en Dakota del Sur.

Más de 1.000 científicos e ingenieros de 32 países de 5 continentes participan en el desarrollo, diseño y construcción de DUNE, cuya ceremonia de inicio de construcción se celebró en julio de 2017, tal como informamos en otro artículo.