{"id":6599,"date":"2017-08-07T08:35:25","date_gmt":"2017-08-07T14:35:25","guid":{"rendered":"http:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/?p=6599"},"modified":"2017-08-07T08:35:25","modified_gmt":"2017-08-07T14:35:25","slug":"detector-de-tamano-de-jarra-de-leche-captura-neutrinos-de-una-manera-completamente-nueva","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/ciencia\/detector-de-tamano-de-jarra-de-leche-captura-neutrinos-de-una-manera-completamente-nueva\/","title":{"rendered":"Detector de tama\u00f1o de jarra de leche captura neutrinos de una manera completamente nueva"},"content":{"rendered":"

Los f\u00edsicos han detectado las llamativas part\u00edculas subat\u00f3micas llamadas neutrinos que silban fuera de los n\u00facleos at\u00f3micos de una manera pronosticada hace m\u00e1s de 40 a\u00f1os, pero nunca antes observada.\u00a0<\/p>\n

A\u00fan m\u00e1s notable, notaron el efecto de dispersi\u00f3n no con un detector gigante que pesaba miles de toneladas, pero con un dispositivo del tama\u00f1o de una jarra de leche.\u00a0El avance podr\u00eda abrir el camino a los detectores de neutrinos port\u00e1tiles que podr\u00edan monitorear las instalaciones nucleares y, por ejemplo, olfatear neutrinos creados en la producci\u00f3n de plutonio.<\/p>\n

“Es una emoci\u00f3n real que algo que predice hace 43 a\u00f1os se haya realizado experimentalmente”, dice Daniel Freedman, f\u00edsico te\u00f3rico em\u00e9rito del Massachusetts Institute of Technology de Cambridge, quien en 1974 present\u00f3 la teor\u00eda del efecto, llamada el\u00e1stica coherente Neutrino-n\u00facleo dispersi\u00f3n.\u00a0La observaci\u00f3n no cambia la comprensi\u00f3n de los f\u00edsicos del n\u00facleo o neutrinos, dice Natalie Roe, experimentalista en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, California, que no particip\u00f3 en el estudio.\u00a0Sin embargo, dice, “es un tour de force para cavar esta peque\u00f1a se\u00f1al”.<\/p>\n

Los neutrinos vienen en tres tipos -electr\u00f3n, mu\u00f3n y tau- e interact\u00faan con n\u00facleos at\u00f3micos de varias maneras.\u00a0Por ejemplo, un neutrino de mu\u00f3n puede atacar a un neutr\u00f3n en un n\u00facleo, transform\u00e1ndolo en un prot\u00f3n, mientras que a su vez se convierte en un mu\u00f3n – un primo m\u00e1s pesado del electr\u00f3n – en la llamada “dispersi\u00f3n cuasi el\u00e1stica”. O un neutrino puede simplemente rebotar De un n\u00facleo mientras que conserva su tipo en “dispersi\u00f3n el\u00e1stica” llana. Todas estas interacciones son extremadamente raras, pero proporcionan el \u00fanico medio para observar neutrinos.\u00a0Para detectar s\u00f3lo unos cuantos billones de neutrinos de electrones que pasan del sol a trav\u00e9s de cada metro cuadrado de superficie terrestre cada segundo, los f\u00edsicos despliegan detectores que pesan kilotones, aumentando el n\u00famero de n\u00facleos en ellos y las posibilidades de que los neutrinos golpeen uno.\u00a0Como una regla.<\/p>\n

Sin embargo, Freedman se dio cuenta de que deber\u00eda haber una excepci\u00f3n a la regla.\u00a0Como cualquier part\u00edcula cu\u00e1ntica, un neutrino act\u00faa como una onda con una longitud de onda que se hace m\u00e1s corta a medida que aumenta la energ\u00eda de la part\u00edcula.\u00a0Si la energ\u00eda del neutrino es alta, el neutrino interactuar\u00e1 con un solo prot\u00f3n o neutr\u00f3n.\u00a0Pero si un neutrino de baja energ\u00eda tiene una longitud de onda que es tan larga como el n\u00facleo es ancha, interactuar\u00e1 con todos los protones y neutrones en concierto.\u00a0Gracias a esa “coherencia”, la probabilidad de que el neutrino rebote fuera del n\u00facleo aumenta, aproximadamente, con el n\u00famero de protones y neutrones al cuadrado, lo que conduce a un gran aumento en el n\u00famero de interacciones.<\/p>\n

Esto significa que deber\u00eda haber una dispersi\u00f3n mucho m\u00e1s el\u00e1stica a bajas energ\u00edas, y por d\u00e9cadas el f\u00edsico ha intentado detectarla en experimentos en reactores nucleares.\u00a0Pero hay una trampa.\u00a0La \u00fanica se\u00f1al es el retroceso del n\u00facleo, y el neutrino de baja energ\u00eda le da s\u00f3lo una patada d\u00e9bil y dif\u00edcil de detectar.\u00a0“Es como golpear una pelota de bolos con una pelota de ping pong”, dice Kate Scholberg, un f\u00edsico de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte.\u00a0“Usted puede golpear la bola de bolos muy f\u00e1cilmente, pero no va a rodar muy r\u00e1pido.”<\/p>\n

Sin embargo, Scholberg y los otros 80 miembros de la colaboraci\u00f3n COHERENT han\u00a0detectado<\/a>\u00a0ahora la\u00a0dispersi\u00f3n coherente de neutrinos<\/a>\u00a0, seg\u00fan informan hoy en\u00a0Science<\/cite>\u00a0.\u00a0Para ello, emplearon un detector sensible compuesto por cristales de yoduro de cesio dopado con sodio y que pesaban s\u00f3lo 14,6 kilogramos.\u00a0Cuando algo env\u00eda un n\u00facleo retrocediendo en un cristal, incluso un poco, el cristal produce un peque\u00f1o, pero detectable destello de luz.\u00a0Para generar los neutrinos, los f\u00edsicos de COHERENT confiaron en la Fuente de Neutrones de Spallation (SNS) en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee.<\/p>\n

El SNS genera los haces de neutrones m\u00e1s intensos del mundo para la investigaci\u00f3n de las ciencias materiales, pero tambi\u00e9n irradia copiosos neutrinos como un subproducto.\u00a0Los neutrinos tienen una energ\u00eda ligeramente superior a los de un reactor nuclear, por lo que el SNS s\u00f3lo la fuente correcta para el experimento, dice Scholberg.\u00a0La energ\u00eda de los neutrinos es todav\u00eda lo suficientemente baja como para producir una dispersi\u00f3n coherente, pero lo suficientemente alta como para producir se\u00f1ales detectables en los cristales, dice ella.\u00a0Utilizando m\u00e1s de 461 d\u00edas de datos, los investigadores observaron 134 eventos de dispersi\u00f3n de neutrinos, en buen acuerdo con las predicciones de dispersi\u00f3n coherente.<\/p>\n

El equipo de COHERENT ha golpeado a los dem\u00e1s.\u00a0Esto incluye a un grupo liderado por Leo Stodolsky, f\u00edsico y director em\u00e9rito del Instituto Max Planck de F\u00edsica de Munich, Alemania, que est\u00e1 desarrollando detectores criog\u00e9nicos que pueden detectar retrocesos nucleares con energ\u00edas mucho m\u00e1s bajas.\u00a0Esperan detectar dispersi\u00f3n coherente en un reactor nuclear.\u00a0“Mis colegas y yo hemos estado revisando este documento, con la esperanza de encontrar algo malo en \u00e9l”, dice Stodolsky.\u00a0Pero no hemos podido encontrar nada.<\/p>\n

La nueva observaci\u00f3n no volver\u00e1 a escribir los libros de texto sobre f\u00edsica nuclear o de part\u00edculas.\u00a0De hecho, habr\u00eda sido mucho m\u00e1s revolucionario si los f\u00edsicos hubieran demostrado de alguna manera que la dispersi\u00f3n coherente no exist\u00eda, dice Freedman, ya que eso significar\u00eda que las reglas fundamentales de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica estaban de alguna manera equivocadas.<\/p>\n

La importancia real de la dispersi\u00f3n coherente puede estar en las aplicaciones potenciales de peque\u00f1os detectores de neutrinos port\u00e1tiles, dice Stodolsky.\u00a0Dichos detectores podr\u00edan utilizarse para vigilar los reactores nucleares por razones de seguridad.\u00a0Por ejemplo, a partir de los detalles del flujo de neutrinos, los observadores podr\u00edan saber si un reactor est\u00e1 siendo usado para generar plutonio, dice.<\/p>\n

Sin embargo, los detectores adelgazados no funcionar\u00e1n en todos los grandes experimentos con neutrinos.\u00a0Por ejemplo, hace dos semanas los\u00a0f\u00edsicos comenzaron la excavaci\u00f3n para el Deep Neutrino Experiment (DUNE)<\/a>\u00a0, un detector de 70.000 toneladas en Dakota del Sur que estudiar\u00e1 neutrinos disparados desde un acelerador de part\u00edculas a 1300 kil\u00f3metros de distancia en Illinois.\u00a0El DUNE estudiar\u00e1\u00a0c\u00f3mo los tres tipos de neutrinos se transforman unos en otros a medida que las part\u00edculas se cierran a lo largo<\/a>\u00a0– un fen\u00f3meno llamado neutrino mezclado que podr\u00eda ayudar a explicar c\u00f3mo el universo gener\u00f3 tanta materia y tan poca antimateria.\u00a0No hay esperanza de reemplazar el DUNE con un detector m\u00e1s peque\u00f1o basado en la dispersi\u00f3n coherente, porque la interacci\u00f3n no revela qu\u00e9 tipo de neutrino rebot\u00f3 en un n\u00facleo-informaci\u00f3n esencial para estudiar la mezcla de neutrinos.<\/p>\n

Publicado en:\u00a0F\u00edsica<\/p>\n