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Estos nuevos detectores de neutrinos gigantes abarcarán tres estados


Dune, el experimento de neutrinos subterráneos profundos (DUNE) acaba de comenzar en su próxima instalación nueva que revelará los secretos de la partícula de neutrinos ilusoria.

los Mil millones de dólares El proyecto se está actualizando con nuevos detectores a cientos de kilómetros de la instalación principal en Chicago. A casi 1300 km debajo del laboratorio, los investigadores están instalando nuevos detectores a más de 1,5 kilómetros debajo de la superficie de la Tierra.

Las partículas subatómicas se dispararán desde Chicago al laboratorio Sanford a través del manto de la Tierra, donde los detectores masivos detectarán las partículas a cientos de kilómetros de distancia.

Experimento e instalaciones de DUNE [Fuente de la imagen:DUNA]

¿Por qué neutrinos?

Los neutrinos son partículas subatómicas con muchas similitudes con el electrón, solo los neutrinos no tienen carga y son increíblemente ligeros. Las partículas son algunas de las más abundantes del universo, pero rara vez interactúan con la materia. Según Scientific American, "un neutrino de baja energía viajará a través de muchos años luz de materia normal antes de interactuar con cualquier cosa".

El primer neutrino observado en una cámara de burbujas de hidrógeno, 1970. Los neutrinos, invisibles en la imagen, crean las líneas oscuras que se ven en la imagen. [Fuente de imagen: Laboratorio Nacional Argonne / Wikimedia Commons]

Detectar las partículas es un desafío inmensamente difícil. Sin embargo, los descubrimientos recientes sobre los neutrinos están ayudando a los científicos a comprender mejor las propiedades fundamentales de la materia, la energía, el espacio y el tiempo.

"También podrían revelar nuevos procesos físicos exóticos que hasta ahora han estado fuera de nuestro alcance", explica DUNE.

Durante las últimas décadas, los investigadores han ido descubriendo lenta y laboriosamente los estados o sabores de los neutrinos. La investigación actual indica tres sabores que tienen la capacidad de transformarse de un sabor a otro.

"Estos resultados indican que cada estado de sabor de neutrino es una mezcla de tres estados de masa distintos de cero, y hasta la fecha ofrecen la evidencia más convincente para la física más allá del Modelo Estándar. En un solo experimento, DUNE permitirá una amplia exploración de los tres tipos de modelo de física de neutrinos con un detalle sin precedentes ", describe DUNE en su sitio web en línea.

Los nuevos detectores que se instalan actualmente debajo darán un vistazo poco común a las propiedades creadas durante el nacimiento de una estrella de neutrones. Además, en el futuro, el proyecto también puede ayudar a los científicos a presenciar el nacimiento de un agujero negro.

Los detectores de partículas pueden detectar los neutrinos emitidos por la supernova, en este caso, de la supernova SN1987A. [Fuente de imagen:DUNA]

Los científicos esperan que, al desentrañar los secretos del neutrino, puedan deducir cómo se formó la materia en los primeros días del universo. Luego, la investigación puede usarse para crear procesos físicos nuevos y exóticos que hasta ahora han eludido a la comunidad científica en general.

Quizás, incluso de manera más radical, los investigadores esperan que los nuevos descubrimientos ayuden a unificar y describir todas las fuerzas conocidas bajo una ecuación. La investigación.

Cómo DUNE detectará neutrinos

Como se describió anteriormente, los neutrinos tienen la capacidad impecable de viajar a través de materia densa, como el manto de la Tierra, sin interactuar con ningún átomo. A medida que pasan, no dejan rastro. Observar incluso una sola interacción requiere un detector masivo que debe funcionar durante muchos años.

El detector de distancia DUNE

A diferencia de la mayoría de los detectores que utilizan agua pesada, el detector Dune Far utilizará una tecnología de "cámara de proyección de tiempo de argón líquido (LArTPC) de última generación para el detector de neutrinos masivo planeado en el sitio de Sanford Lab", según DUNE.

El Detector Dune Far se está instalando actualmente a 1.475 metros bajo tierra en la Instalación de Investigación Subterránea Sanford en Lead, Dakota del Sur. [Fuente de imagen:DUNA]

Cuatro detectores de criostato ubicados en Dune Far mantendrán un total combinado de 70.000 toneladas de argón líquido que actuará como objetivo de los neutrinos emitidos a más de 1000 kilómetros de distancia. Para mantener el argón en estado líquido, una unidad de enfriamiento central mantiene el líquido en un estado de congelación -184 grados Celsius

Cuatro detectores criogénicos que contienen 17.000 toneladas de argón cada uno actúan como el objetivo de los neutrinos. Una unidad de refrigeración central mantiene el argón a 184 grados Celsius bajo cero. [Fuente de imagen:DUNA]

Dentro del detector hay planos de cables que miden indirectamente el número y los niveles de energía de cada colisión que se produce. Los detectores envían las señales a un sistema que interpreta los datos, trazando con precisión la trayectoria de una interacción de neutrinos individual.

Los planos de alambre detectan indirectamente las interacciones de los neutrinos con el argón. [Fuente de imagen:DUNA]

Cuando un neutrino interactúa con el argón en el detector, se expulsan partículas de muones y protones. Luego, las partículas expulsadas eliminan los electrones del argón líquido. La carga puede entonces ser detectada por los planos de alambre. La interacción deja huellas de partículas que un sofisticado sistema informático recopila en una imagen visual con la entrada de los datos recopilados.

El rastro de partículas creado después de que un neutrino interactúa con el argón líquido. [Fuente de imagen:DUNA]

El video a continuación muestra lo que sucede cuando un neutrino interactúa con el argón.

Blindando los detectores de los rayos cósmicos

Enterrar los detectores a más de un kilómetro bajo tierra parece una exageración, aunque es completamente necesario proteger los detectores de los rayos cósmicos. Los rayos cósmicos que se originan en el espacio exterior bombardean continuamente la atmósfera superior con partículas de alta energía, típicamente protones. Cada interacción libera una lluvia de partículas que fluyen hacia la Tierra.

Los detectores son ultrasensibles y las partículas de alta energía transportan suficiente energía para interrumpir o dañar los detectores. Las partículas caen tan a menudo que DUNE predice que "los muones de rayos cósmicos pasan a través de su mano a una velocidad de más de uno por segundo".

La física de neutrones está todavía en su infancia, sin embargo, continuamente se están construyendo muchos más detectores en todo el mundo. Aunque las escurridizas partículas siguen siendo un gran misterio, los científicos esperan que con las nuevas adiciones al detector DUNE y otros experimentos, los científicos puedan reconstruir el funcionamiento interno de las partículas y el universo tal como lo conocemos.

VíaDUNA

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Escrito por Maverick Baker


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