Los neutrinos son partículas esquivas que son difíciles de estudiar, sin embargo, puede ayudar a explicar algunos de los mayores misterios de nuestro universo. Usando aceleradores para hacer rayos de neutrinos, los científicos están revelando los secretos de los neutrinos.
Los neutrinos son algunas de las partículas más abundantes en el universo, pero rara vez interactúan con la materia. Algunos de destacados misterios científicos de hoy en día, como por qué hay más materia que antimateria en el universo, se podría resolver mediante el estudio de los neutrinos y la detección de sus interacciones con la materia.
Miles de millones de neutrinos procedentes de fuentes naturales, como el Sol, pasan a través de cada centímetro cuadrado de la Tierra cada segundo. Sin embargo, los científicos no pueden determinar su tipo inicial o exactamente hasta dónde viajó antes de llegar a un detector.
Para el estudio de los neutrinos con mayor eficacia, los científicos de alta intensidad producen rayos de neutrinos utilizando aceleradores de protones. Sólo unos pocos laboratorios en el mundo pueden fabricar esos rayos de neutrinos: el laboratorio J-PARC en Japón, el centro de investigación CERN en Europa y el Fermi National Accelerator Laboratory de los Estados Unidos. Cada dos segundos, Fermilab dispara un billón de neutrinos hacia los detectores de partículas situadas en el norte de Minnesota, más de 450 kilómetros de distancia. Este rayo intenso produce cerca de un millar de interacciones de neutrinos por año en los detectores.
Los científicos producen rayos de alta intensidad de neutrinos comenzando con lotes de protones desde una botella de gas hidrógeno. Aceleran cada lote a casi la velocidad de la luz y aplastarla en un objetivo, generalmente de grafito o berilio. Los protones rompen los núcleos atómicos del objetivo y producir nuevas partículas, como los piones de corta vida, la fuente de neutrinos y anti-neutrinos.
Poderosos cuernos centrados, que producen fuerte, cuidadosamente alineados campos magnéticos, redirigir los piones por lo que están todos viajando en aproximadamente la misma dirección, creando un haz metros de ancho de piones, ya sea positiva o negativamente cargados. Piones cargados positivamente, los cuales viven por sólo una fracción de la segundo, en anti-muones y neutrinos muón; igualmente su corta vida, decaimiento carga negativa terminan en muones y neutrinos muón anti-.
Los bloques de aluminio, acero y hormigón son los pasos finales para crear un neutrino puro (o anti-neutrino) haz. Los bloques de tope y absorber todas las partículas excepto los neutrinos fantasmales (o anti-neutrinos), que pasan a través sin cambios. Listo!
Rayos de neutrinos y anti-neutrinos son importantes para muchos experimentos de física de partículas. Se permitirá a los científicos estudiar las interacciones de neutrinos con otras partículas, explora cómo un tipo de neutrino oscilar en otro, determinar la diferencia entre el neutrino y el comportamiento anti-neutrino, medir las diferencias de masa entre los tres tipos de neutrinos que existen, y la búsqueda para nuevos tipos de neutrinos que podrían emerger de oscilaciones de neutrinos.
Los científicos han estado creando rayos de neutrinos con aceleradores de protones durante más de 50 años. En 1961, un experimento en el Laboratorio Nacional de Brookhaven llevó al Premio Nobel de descubrimiento del neutrino muón.
En el futuro, los científicos esperan poder tomar mejores rayos de neutrinos utilizando muones en lugar de piones. El muón es un primo pesado del electrón. Cuando se descompone, produce tanto un neutrino muón y un electrón antineutrino. Un proyecto propuesto, llamado nuSTORM, tiene como objetivo fabricar un haz de neutrinos muón decae a partir de estos. Desde muones viven aproximadamente 100 veces más que los piones, que son más fáciles para acelerar y centrar, pero también viajan una distancia mayor antes de su desintegración. El reto es producir y recolectar suficientes muones, impulsar y almacenarlos en un anillo acelerador hasta que se produce la caries.
También hay otras maneras de fabricar neutrinos sin aceleradores. En 1956, Clyde Cowan y Frederick Reines utilizó un reactor nuclear en la planta de Savannah River para descubrir el electrón antineutrino. En contraste con los aceleradores, que pueden producir los dos neutrinos y anti-neutrinos, los reactores nucleares producen sólo los anti-neutrinos y un solo tipo: electrónica anti-neutrinos. Esto es perfecto para los experimentos como el experimento Daya Bay, en China, el cual examina oscilaciones electrón-antineutrino en distancias cortas.
Para los experimentos de oscilación de los neutrinos que envían cientos de kilómetros de neutrinos atraviesan la Tierra, los reactores nucleares no son prácticos. A diferencia de los rayos de neutrinos enfocada producido por un acelerador, los anti-neutrinos procedentes del núcleo de un reactor nuclear de viajes en todas las direcciones, al igual que una bombilla de luz brilla a la luz en todas las direcciones.
Algunos científicos ya están pensando maneras de utilizar la ciencia neutrino para otras aplicaciones. Tal vez los neutrinos podrían convertirse en una herramienta de comunicación del futuro para los lugares que las ondas de radio no pueden alcanzar, tales como los submarinos profundos bajo el agua o satélites que viajan a través de la cara oculta de la Luna. Esto requeriría aún mejores rayos de neutrinos y supersensibles detectores de neutrinos.
A principios de este año, un grupo de científicos mostró justo lo que sería necesario para que esto sea posible. Se utilizó un haz de neutrinos en el Fermilab para enviar un mensaje corto, codificado a través de 240 metros de roca. Utilizando el detector de neutrinos Minerva, los científicos detectaron y descifró el mensaje, que decía "neutrino." Enviar este mensaje sencillo a 240 metros requiere el rayo de neutrinos más potente del mundo y nos llevó unos 90 minutos.
Algunas día los científicos pueden descubrir las tecnologías más eficientes para aprovechar la energía de los neutrinos en formas nuevas e interesantes.
Referencia: Symmetry
