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INSTITUTO DE FÍSICA COLABORA CON LABORATORIO CANADIENSE PARA DETECTAR NEUTRINOS

Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/261/15
México, D.F., 3 de noviembre de 2015

  • El laboratorio, bajo la dirección de Arthur McDonald, premiado en 2015 con el Nobel de Física, se alista para medir la masa de los neutrinos y también para detectar neutrinos provenientes del Sol, la Tierra, supernovas y reactores nucleares.
Investigadores del Snolab presentan a Stephen Hawking los avances de su proyecto.
Investigadores del Snolab presentan a Stephen Hawking los avances de su proyecto.
Foto: Cortesía del doctor Eric Vázquez.
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Desde enero de este año el Instituto de Física (IF) de la Universidad Nacional Autónoma de México comenzó a colaborar en el Sudbury Neutrino Observatory Laboratory (SNOLAB) ubicado en Ontario, Canadá, a través del investigador Eric Vázquez Jáuregui, el único mexicano que ha trabajado en aquel laboratorio donde en el 2001, el experimento Sudbury Neutrino Observatory (SNO) detectó que los neutrinos del electrón provenientes del Sol oscilan o cambian de tipo a neutrinos a tau y muon en su viaje hasta la Tierra, lo que le valió a su director, Arthur McDonald, compartir el Premio Nobel de Física 2015 con el japonés Takaaki Kajita por “el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos, lo que demuestra que los neutrinos tienen masa”.

Eric Vázquez Jáuregui, quien luego de haber vivido en Canadá durante seis años, cuatro en una estancia posdoctoral en SNOLAB y dos como su investigador, regresó a México, su país natal, y se incorporó como investigador en el IF, dijo en entrevista para la Academia Mexicana de Ciencias (AMC), que desde la UNAM colaborará con el proyecto SNO+ (Sudbury Neutrino Observatory plus) a través del análisis de datos, simulaciones del detector y visitas de trabajo al laboratorio.

El físico experimental explicó que “SNO+ es una continuación del experimento SNO sólo que ahora vamos a medir más propiedades de los neutrinos que anteriormente; además de detectar a los neutrinos que provienen del Sol, se va a medir a los que vienen de la Tierra, de reactores nucleares y de supernovas”.

En la nueva etapa de SNO+ se realizarán experimentos para conocer cuál es la masa de los tres neutrinos que se conocen hasta el día de hoy, porque “las oscilaciones de los neutrinos no revelan la masa de los neutrinos, nos dicen que tienen masa pero no su valor absoluto. Ahora lo que sigue es medir cuál es ese valor absoluto. Por lo pronto, sabemos que dos de ellos tienen masa muy parecida y el tercero tiene una masa un poquito más diferente. También desconocemos si ese tercero es más ligero o más pesado que los otros dos, lo que se conoce como orden de masas o jerarquía de masas de los neutrinos”, señaló Vázquez.

Esas partículas, las segundas más abundantes en el Universo después de los fotones, representan otra interrogante para los físicos de partículas, ya que no se sabe si los neutrinos y los anti-neutrinos (su anti-partícula) son la misma partícula o son diferentes. Hay partículas que sí se conocen, como el fotón, cuya partícula y anti-partícula son lo mismo, o como el electrón cuya anti-partícula es diferente, en este caso el positrón. “Si el neutrino y el anti-neutrino son la misma partícula se dice que el neutrino es una partícula de Majorana”.

Una interrogante más respecto a los neutrinos es que posiblemente haya un cuarto tipo de neutrino al que por ahora llaman estéril. El físico de partículas señaló que “podría ser muy pesado; el problema con ese neutrino hipotético es que no interactúa con la materia, pero podría ser un candidato para la materia oscura. Los tres tipos de neutrinos que conocemos en determinado momento podrían oscilar o cambiar a ese neutrino estéril. Sólo que por ahora no hay forma de detectarlo, salvo que veamos un déficit en el flujo total de los otros tres neutrinos en un experimento de oscilaciones”. De ahí que se requieran experimentos más sofisticados y precisos.

“La última interrogante a la que los neutrinos nos pudieran dar respuesta, es a la llamada asimetría bariónica en el Universo, es decir, los neutrinos podrían ser la respuesta a por qué hay más materia que anti-materia actualmente cuando en el inicio, en el Big Bang, ambas fueron producidas en cantidades iguales”, añadió.

Eric Vázquez añadió que también colaborará con el análisis de datos y simulaciones en dos detectores de materia oscura, un componente del Universo que es totalmente desconocido para los físicos pero que constitutye el 25% del Universo. Los experimentos se llaman PICO y DEAP, y utilizan octafluropropano y argón líquido respectivamente. El físico de partículas viajará ocasionalmente a Sudbury en Ontario a operar el detector, instalar nuevos componentes o mejoras y realizar calibraciones con fuentes radiactivas para esos detectores de materia oscura.

Un observatorio subterráneo

SNOLAB está a dos kilómetros de profundidad dentro de una mina de níquel en Sudbury. La tierra sirve como filtro para que no lleguen a los detectores otras partículas, como son los rayos cósmicos, sino solo los neutrinos y la materia oscura. El acceso al laboratorio es por un elevador, seguido por una caminata de aproximadamente kilómetro y medio por un túnel. Antes de entrar al laboratorio todos tienen que bañarse y usar un uniforme especial. Hay filtros de aire que purifican el espacio ininterrumpidamente y hay gente dedicada especialmente a limpiar los pasillos, cables y demás equipo para evitar que se acumule polvo ya que puede ser una fuente de contaminación.

Es una proeza arquitectónica y tecnológica y el premio a Arthur McDonald, impulsor de SNOLAB y director del experimento SNO se debe también a la construcción de esa infraestructura. Eric Vázquez explicó que “el detector SNO es una esfera de acrílico de 12 metros de diámetro dentro de una caverna. El acrílico tiene cinco centímetros de grosor. Es una especie de envase con un cuello y está rodeado de 9 500 sensores de luz que se llaman tubos fotomultiplicadores.

El contenedor tiene mil toneladas de agua pesada que consiste en isótopos de deuterio en lugar de hidrógeno como en el agua común, para lograr una mayor sensibilidad en la detección de esas escurridizas partículas. Cada vez que hay una interacción al interior del recipiente entre un neutrino y el agua pesada se produce un destello de luz que es detectado por esos fototubos”.

Esa emisión de luz se llama Radiación de Cherenkov, que se produce cuando una partícula, en este caso un electrón, viaja más rápido que la luz en un medio, en este caso el agua pesada, así “cuando uno de los millones de neutrinos que cruzan el tanque de agua interactúa con un átomo de deuterio, se liberan electrones que posteriormente producen la luz Cherenkov. Lo que finalmente medimos es un destello de luz”, explicó.

Luz Olivia Badillo.

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