Detectan por primera vez partículas fantasma en un acelerador de partículas

Detección de neutrinos en el Gran Colisionador de Hadrones: un avance crucial para entender las partículas fantasma

El descubrimiento promete ayudar a los físicos a comprender la naturaleza de estos escurridizos neutrinos.

Los neutrinos son una auténtica locura. Son partículas fundamentales, pero prácticamente se desentienden de otras partículas. Como tales, actualmente viajan por miles de millones a través de tu cuerpo, sin que te des cuenta. Sin embargo, los investigadores han conseguido hacer un poco más tangible esta escurridiza “partícula fantasma”. Por primera vez, han detectado neutrinos en un acelerador de partículas.

¿Qué son los neutrinos?

Los neutrinos son enigmáticas partículas subatómicas que no interactúan fuertemente con la materia normal. Estas extrañas partículas se observaron por primera vez en 1956. Entretanto, sabemos que el neutrino es la partícula más abundante en el cosmos y desempeña un papel importante en el proceso que hace brillar a las estrellas. Por lo que sabemos ahora, estos neutrinos vienen en tres “sabores”: hay neutrinos muón, electrón y tau. Se sabe que los neutrinos pueden cambiar de sabor a medida que viajan. En 2013, por ejemplo, se demostró por primera vez que un neutrino muón se transformaba en un neutrino electrón.

Los investigadores detectaron la “partícula fantasma” durante un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones, el mayor y más potente acelerador de partículas de la Tierra. En el acelerador de partículas, los protones se aceleran y luego colisionan entre sí. En el proceso se crean nuevas partículas, que a menudo duran muy poco tiempo. El objetivo es registrar las propiedades de estas partículas, identificarlas a partir de estos datos y poner así a prueba las teorías existentes en física de partículas y completarlas o revisarlas en caso necesario.

Neutrinos producidos por acelerador de partículas

Y ahora, por primera vez, hemos conseguido detectar un neutrino producido por un acelerador de partículas. “Hemos detectado neutrinos procedentes de una fuente completamente nueva: un acelerador de partículas”, explica el investigador Jonathan Feng. Se trata de una importante primicia científica. “Los neutrinos se conocen desde hace décadas”, explica el investigador Felix Kling. “Además, han sido muy importantes para dar forma al modelo estándar de la física de partículas. Sin embargo, hasta ahora nunca se había detectado un neutrino en un acelerador de partículas. El hecho de que ahora, a pesar de todo, hayamos conseguido observar estas partículas durante nuestro experimento significa que por fin se puede explotar todo el potencial físico del acelerador.”

Detector de partículas FASER

Los investigadores detectaron los neutrinos utilizando FASER (Forward Search Experiment), un detector de partículas diseñado y construido por un grupo internacional de físicos e instalado en el Gran Colisionador de Hadrones.

Este es detector de partículas FASER
El detector FASER se encuentra a gran profundidad bajo tierra, en un túnel lateral del Gran Colisionador de Hadrones. Se encuentra cerca del detector ATLAS. FASER está construido en gran parte con piezas de repuesto de otros experimentos del CERN. Imagen: CERN

FASER es nuevo y único entre los experimentos de detección de partículas. A diferencia de otros detectores del CERN, como ATLAS, que tiene varios pisos de altura y pesa miles de toneladas, FASER pesa alrededor de una tonelada y cabe perfectamente en un pequeño túnel lateral. Además, solo se tardó unos pocos años en diseñarlo y construirlo. Y todo ello con piezas de recambio de otros experimentos. A pesar de ello, FASER ha desempeñado ahora un papel increíblemente importante para comprender mejor el particularmente místico neutrino.

Neutrinos de alta energía

Lo más interesante de las nuevas partículas detectadas es su estado energético. Hasta ahora, la mayoría de los neutrinos estudiados por los físicos eran de baja energía. Pero los neutrinos recién detectados tienen la mayor energía jamás producida en un laboratorio. Son incluso comparables a los que de vez en cuando llueven sobre nuestra atmósfera desde el espacio. “Esto significa que las partículas recién detectadas pueden decirnos más cosas sobre el espacio lejano”, afirma el investigador Jamie Boyd. “Estos neutrinos de alta energía son importantes para comprender observaciones realmente apasionantes en astrofísica de partículas”.

El descubrimiento de los neutrinos supone un importante paso adelante. Promete ampliar aún más los conocimientos de los científicos sobre la naturaleza de estas partículas fantasma. Esta primera observación de neutrinos en un acelerador de partículas marca, por tanto, el inicio de la investigación sobre estos “neutrinos del colisionador”. Permite a los científicos investigar fenómenos hasta ahora inaccesibles. Según Kling, el descubrimiento anuncia una nueva era. “En un proyecto posterior iremos más lejos”, afirma. “Entonces utilizaremos detectores más grandes para detectar millones de neutrinos”.

Por cierto, FASER aún no está descartado. Además de los neutrinos, otro de los objetivos principales del detector es ayudar a identificar las partículas que componen la materia oscura (que los físicos creen que comprende la mayor parte de la materia del universo, pero que nunca han observado directamente). FASER aún no ha encontrado indicios de materia oscura. Sin embargo, dentro de unos meses se volverá a poner en marcha el Gran Colisionador de Hadrones. Y entonces FASER estará listo para “capturar” cualquier cosa que aparezca. “Esperamos ver algunas señales emocionantes”, concluye Boyd.

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