“Partículas fantasma” detectadas en el LHC, una primera

Un equipo internacional de físicos acaba de completar la primera detección de neutrinos candidatos producidos por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. En un artículo publicado en la revista Physical Review D, los investigadores describen cómo observaron seis interacciones en una prueba piloto realizada en 2018.

Las “partículas fantasma”

Los neutrinos son partículas elementales 100.000 veces más pequeñas que un electrón, cuya masa es virtualmente cero. Producidos en estrellas, supernovas o incluso cuásares, rara vez interactúan con la materia, lo que los hace difíciles de detectar. Por esta razón, los neutrinos se describen a menudo como “partículas fantasma”. Sin embargo, son abundantes. Manten eso en mente miles de millones de ellos pasan por tu cuerpo cada segundo.

En los últimos años, los científicos han desarrollado varias instalaciones capaces de registrar rastros de su paso. Estas estructuras, detectores de luz ultrasensibles llamados fotomultiplicadores, suelen estar sumergidos en agua pura. La idea es entonces detectar los destellos débiles (luz de Cherenkov) emitidos cuando un neutrino choca con un átomo contenido en el agua.

Pilotado por los estadounidenses y enterrado en el hielo antártico cerca de la estación del Polo Sur, IceCube es hasta la fecha el detector de neutrinos más grande del mundo. También hay algunos en Japón o en el fondo del lago Baikal, en Rusia.

Durante mucho tiempo se pensó que los aceleradores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), en la región fronteriza entre Francia y Suiza, podían producirlos y luego detectarlos, pero aún era necesario tener los instrumentos adecuados. Ahora esta hecho.

Una primicia en el LHC

Durante una prueba piloto de un experimento llamado FASER, instalado en 2018, los científicos han detectó seis interacciones de neutrinos.

Antes de este proyecto, nunca se habían observado señales de neutrinos en un colisionador de partículas.“, Confirma Jonathan Feng, coautor de un estudio que describe los resultados. ” Este avance significativo es un paso hacia el desarrollo de una comprensión más profunda de estas escurridizas partículas y el papel que desempeñan en el universo.“.

Ubicado a 480 metros aguas abajo de donde ocurren las colisiones de partículas, el instrumento FASER consta de placas de plomo y tungsteno separadas por capas de emulsión. Algunos de los neutrinos golpearán los núcleos de átomos en estos metales, liberando otras partículas en el proceso que pasarán a través de estas capas y dejarán rastros visibles. Por lo tanto, recientemente se detectaron seis de estas marcas.

Gran Colisionador de Hadrones del LHC
Una sección del Gran Colisionador de Hadrones. Créditos: Wikimedia Commons / Maximilien Brice (CERN)

Un instrumento nuevo, más grande y más sensible

Sobre la base de este éxito, el equipo FASER, formado por 76 físicos de 21 instituciones en nueve países, está preparando una nueva serie de experimentos con un instrumento mucho más grande y sensible llamado FASERnu. Este último pesará más de 1.090 kg en comparación con solo 29 kg para el instrumento piloto. Su mayor sensibilidad le permitirá detectar más neutrinos y con mayor frecuencia.

Dado el poder de nuestro nuevo detector y su ubicación privilegiada en el CERN, esperamos poder registrar más de 10,000 interacciones de neutrinos en el próximo ciclo del LHC, a partir de 2022“, Subraya David Casper, coautor del estudio. ” Detectaremos los neutrinos más energéticos jamás producidos a partir de una fuente artificial.“.

En última instancia, aprehender estas “partículas fantasmas” podría proporcionar respuestas a algunos grandes acertijos de la física, como la pregunta de por qué el Universo está hecho solo de materia y no de antimateria.