¿Para qué se utiliza un detector de neutrinos?

La Física de Neutrinos es actualmente una de las áreas de investigación en física más dinámicas. Los neutrinos son partículas básicas con masa diminuta, sin carga eléctrica y con una capacidad extremadamente reducida para interactuar con la materia. Esto hace que su detección experimental represente un desafío sin precedentes.

La investigación de estas partículas no sólo busca la caracterización de sus propiedades básicas: también proporciona una vía privilegiada para explorar cuestiones abiertas en física.

Primera observación de neutrinos en la cámara del globo, 1970. en el Laboratorio Nacional de Argonne en Estados Unidos. La observación se realizó gracias a las líneas observadas en la cámara de burbujas a base de hidrógeno líquido. Departamento de Energía de Estados Unidos. Es difícil de revelar

El espectro energético de los neutrinos, es decir, la distribución de la energía a través de frecuencias espectrales o longitudes de onda, cubre un rango extremadamente amplio. Cada rango de energía requiere técnicas de detección específicas, lo que ha dado lugar a una amplia variedad de detectores y metodologías experimentales.

En las últimas décadas, la serie de detectores integrados en los camellos de Japón ha marcado cambios radicales en la física de los neutrinos. En primer lugar, el experimento denominado camelectar, permitió detectar el tiempo real del neutrino solar. A continuación, se registraron los neutrinos de la supernova de 1987, conocidos como Kamiokande-Ii. Años. Mereció a sus investigadores, Raymond Davis Jr y Masatoshi Koshiba, el Premio Nobel de Física en 2002. años.

Súper camuflajes escala Maqueet. Motokoka / Vikimedia Commons., CC BI

Super-Kamiokande tomó el relevo del anterior y proporcionó en 1998 la primera evidencia directa de oscilaciones de neutrinos, es decir, de la posibilidad de cambiar de “gusto” o tipo durante su movimiento. Se descubrió que estas partículas tienen masa, por lo que Takaki Kajita y Arthur B. McDonald ganaron el Premio Nobel en 2015.

piscinas de agua pura

Hyper-kamiokande representa la próxima generación en esta línea de experimentos. Actualmente en construcción en Camellos, se trata del detector de neutrinos más grande del mundo, con una masa 8,4 veces superior a la del Super-Kamiokanda. Esta ampliación del volumen permitirá que se alcancen niveles de sensibilidad sin precedentes.

El proyecto, que reúne a 630 investigadores de 22 países, se ubicará dentro del espacio subterráneo excavado en la roca, de 330.000 metros cúbicos. Su techo de tropiezo tiene 69 metros de diámetro, y luego un cilindro de altura cilíndrica de 73 metros.

En su interior, se denominará equivalente en cantidad a los tanques de decenas de piscinas olímpicas, que se llenarán con agua con un alto grado de pureza.

A pesar de las dificultades para descubrir los neutrinos debido a su limitada interacción con la materia, participan en numerosos procesos físicos. Al llenar el tanque del hiperkamiokanda con agua ultragirada, la probabilidad de que algún neutrino se comunique con protones y electrones y, por tanto, sea descubierto, aumenta significativamente.

Examen del foto-cameron hiper-camello. Hyper-K / Universidad de Ovied. Atrapado con luz

Cuando un neutrino se comunica en el agua, las partículas medio-defensivas se propagan más rápido que la velocidad del medio y emiten el cono característico de las luces de Cherenk, producidas por el paso de partículas recolectadas eléctricamente en un medio particular en un medio particular.

La superficie interior del tanque cilíndrico estará cubierta por decenas de miles de tubos que multiplican esta señal luminosa, conocido como tubo fotomático. Las tuberías son capaces de filmar con alta precisión los fotones que generan la luz y la correspondiente radiación de Cherenko, proporcionando información sobre la interacción que la produjo.

Mayor sensibilidad

Un aspecto técnico muy relevante en el hiperkamiokande es la necesidad de compensar la compensación del campo magnético del país en fotomultiplicaciones. Este campo puede rechazar los fenogramas de fotoelectrones que se transmiten por la tubería, recogidos por la radiación y generan la corriente que se puede detectar.

En experimentos anteriores, este efecto se mitigó individualmente protegiendo cada fotoMartipier con protectores magnéticos. Sin embargo, la escala del hiperkamiokanda, que incluye decenas de miles de tubos fotoráticos, hace que este enfoque sea falso, tanto desde el punto de vista económico como logístico.

Una alternativa adoptada consiste en aplicar el sistema de compensación mediante bobinas magnéticas distribuidas a lo largo de la superficie interior del tanque. Estas bobinas, cuando la corriente controla, crean un campo magnético que se opone al área geomagnética, minimizando así la desviación del fotoelectrón. El diseño de este sistema es un desafío muy complejo, que requiere un equilibrio entre diferentes parámetros.

En este desarrollo juega un papel fundamental nuestro equipo de la Universidad de Oviedo, liderando el diseño y seguimiento del sistema. Este aporte es estratégico para asegurar que el detector alcance la sensibilidad diseñada, así como el siguiente trabajo de análisis de datos.

Preguntas de liquidación

La construcción del hiperkamiokanda responde a la necesidad de resolver cuestiones básicas de la física moderna. Entre ellos, se determina que caduca la determinación del volumen absoluto de masas, así como su jerarquía. Si bien las oscilaciones demostraron inequívocamente que poseen masa, su valor absoluto sigue siendo desconocido.

Otra incógnita es si los neutrinos representan sus propias antipartículas. La confirmación de esta hipótesis tendría implicaciones para la comprensión de la asimetría entre materia y antimateria en el universo. Esto abriría la posibilidad de la existencia de un comportamiento diferenciado entre neutrinos y antineutrinos en los primeros momentos del cosmos, lo que explicaría por qué la sustancia prevaleció gracias a la antimateria.

Otros aspectos que se pretende estudiar implican estudios precisos de neutrinas desde Supernovsk, para aclarar el papel que desempeñan estas partículas en los fenómenos astrofísicos de mayor energía del cosmos.

Clave para el cosmos

Paralelamente, el detector ofrece la posibilidad de abrir nuevas clases interdisciplinarias, como las que ya se ven en la construcción, cooperando con personal científico y de ingeniería de diferentes campos.

Hyper-kamiokande no es sólo un experimento para la próxima generación, sino también la infraestructura que responderá a cuestiones clave de la física, al mismo tiempo que se abrirá a través de una nueva aplicación. El estudio de los neutrinos, lejos de estar cerrado, se presentó como un campo para un descubrimiento que puede redefinir nuestra comprensión del universo.