Detectan neutrinos procedentes del acelerador J-PARC

os neutrinos se presentan en tres tipos sabores diferentes: neutrinos electrónicos, muónicos y tauónicos. Los experimentos realizados en las últimas décadas demostraron una propiedad especial de los neutrinos: sus oscilaciones. Gracias a esta extraña propiedad cualquier tipo de neutrino puede transformase espontáneamente en las otras dos clases de neutrinos según se propaga por el espacio.

Esta propiedad requiere que los neutrinos tengan masa, aunque ésta sea muy pequeña. Además esto nos habla de una Física desconocida más allá del modelo estándar y quizás nos dé pistas sobre la asimetría entre materia y antimateria.

Para poder estudiar este fenómeno lo ideal es usar un sistema controlado en el que se produzca un haz artificial estable de neutrinos, en lugar de usar los neutrinos producidos de manera natural por el Sol. Los esfuerzos realizados en el pasado en este aspecto han culminado en el experimento T2K que es una versión más poderosa y sofisticada del anterior experimento K2K.

En el acelerador J-PARC los protones a 50 Gev del anillo principal del sincrotón se hacen incidir sobre un blanco de grafito (carbono), donde se producen piones debido a las colisiones. Los piones viajan entonces a través de un cámara de helio en donde decaen produciendo neutrinos en el proceso. Estos neutrinos pasan a través de un primer detector, denominado INGRID, situado a 200 m de distancia, capaz de medir en detalle la energía, tipo y dirección de alguno de estos neutrinos. Hasta ahora se han detectado tres eventos de este tipo en INGRID.

J-PARC ha sido construido gracias a la colaboración de científicos e instituciones de 13 países. El haz procede de J-PARC, que es básicamente una factoría de neutrinos, puede ser estudiado a distancia por otro detector de neutrinos. La idea es disparar el haz hacia el detector de neutrinos Super-Kamiokande, que ha sido recientemente mejorado con nueva electrónica y software. Nada más ser producidos, los neutrinos son analizados in situ y luego se pretende comparar el resultado con los detectados en Super-Kamiokande, que está a 300 km de distancia, en Hida, al noroeste de Tokai. El objetivo es analizar las oscilaciones que hayan podido sufrir en su viaje.

Los neutrinos interactúan muy débilmente con la materia, por eso el Super-Kamiokande consiste en un tanque con 50.000 toneladas de agua recubierto en su interior por 11.146 fotomultiplicadores de medio metro de diámetro. El sistema se encuentra a 1 km de profundidad en la mina de Mozumi. Cuando un neutrino entre millones interacciona con una molécula de agua se produce un destello de luz Cerenkov que es registrado por los tubos fotomultiplicadores.

Se necesitarán muchos eventos de este tipo para poder tener una buena estadística que permita llegar a conclusiones físicas.

Se espera realizar experimentos completos de prueba en diciembre y empezar con los rutinarios en enero, con mejoras técnicas previstas para los próximos años.