Comienza una nueva cacería de neutrinos
El experimento T2K, en Japón, medirá con precisión las propiedades de las partículas elementales que se transforman al propagarse
Un experimento de física de partículas que puede parecer de lo más extraño a los no especialistas y tan gigantesco como suelen hacerlos los científicos de esa especialidad, ha empezado a funcionar en Japón. Se trata de generar y enviar un haz muy intenso de neutrinos -partículas que apenas interaccionan con la materia- desde un laboratorio en la costa Este nipona (en Tokai), hacer que esas partículas crucen Japón bajo tierra y captarlas en un detector subterráneo ubicado en la costa Oeste (en Kamioka). Hay tres tipos de neutrinos y, al propagarse entre el origen y el destino del experimento (295 kilómetros), se habrán transformado de uno en otro. El experimento -en el que participan 508 científicos de 12 países, incluida España- se llama Tokai to Kamioka (T2K, Tokai to Kamioca). El primer paso, cumplido con éxito hace unos días, ha consistido en registrar tres neutrinos en uno de los detectores ubicados cerca del haz inicial, que se encargará de tomar medidas precisas de las características de esas partículas. El sistema completo, con la detección de neutrinos en Kamioka, debe empezar a funcionar el año que viene.
“El T2K está a punto de desvelar otros misterios de los neutrinos, propiedades desconocidas de ellos”, ha dicho Koichiro Nishikawa, fundador del equipo científico del experimento. Los físicos de partículas consideran que la investigación de los neutrinos puede ayudar a comprender el papel de estas partículas en el cosmos primitivo e incluso a resolver el misterio de por qué hay más materia que antimateria en el universo. Los tres tipos de estas partículas son: neutrino del electrón, neutrino del muón y neutrino del tau. “En el plazo de un año, el T2K tendrá mucha más sensibilidad para determinar las propiedades de los neutrinos que cualquier experimento anterior y empezará la búsqueda de lo desconocido”, ha declarado Dave Wark, físico de Imperial College de Londres y uno de los portavoces de T2K.
El experimento supone un paso más en la ya larga trayectoria de exploración de estas partículas, tan difíciles de detectar (como apenas interaccionan con la materia, tampoco lo hacen con la materia de los detectores). Trampas de neutrinos se han construido en diferentes continentes (incluida la Antártida) y en el mar (con sensores introducidos en el hielo o el agua). Los datos han desmentido una presunción del llamado Modelo Estándar de física de partículas: que los neutrinos no tienen masa. En realidad si que la tienen, aunque sean muy ligeros. Sin masa no tendrían esa característica denominada oscilación, por la que un neutrino de un tipo se transforma en uno de otro tipo al recorrer una distancia suficiente -de ahí la necesidad de ubicar lejos el detector de la fuente de esas partículas en este tipo de experimentos-. En el caso de los neutrinos que se generan en el Sol es la distancia recorrida hasta la Tierra la que permite esa transmutación.
El T2K, de costa a costa, está formado por un nuevo acelerador de partículas, el sincrotrón del laboratorio J-Parc; un sistema de blanco e imanes para producir haces de neutrinos a partir de los haces de protones, y dos detectores situados a 280 metros para medir con precisión todas las características -energía, dirección y tipo- de esos haces antes de salir del laboratorio de Tokai. Así emprenden el viaje de 295 kilómetros bajo tierra -sin apenas interaccionar con nada- hasta Kamioka, donde está el detector principal, el ya veterano pero actualizado Superkamiokande. Los responsables del experimento han destacado que para uno de los dos detectores cercanos al acelerador, el Ingrid, que ha registrado los primeros neutrinos, se ha adaptado un gran imán donado por el Laboratorio Europeo de Física de partículas (CERN) que lo utilizó en antiguos detectores suyos. Científicos españoles del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) y del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), llevan seis años trabajando en este proyecto, contribuyendo a la construcción de los detectores, informa el CPAN (Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear).
El plan de trabajo con el T2K es, a medio plazo, mejorar la sensibilidad de los equipos hasta el punto de poder detectar no sólo los tres modos de oscilación de neutrinos previstos sino obtener medidas tan precisas que permitan comparar las oscilaciones de neutrinos y de antineutrinos, lo que permitirá explorar la física de la antimateria desde esta perspectiva, ha explicado en un comunicado de las instituciones japonesas implicadas: J-Parc (Japan Proton Accelerator Research Complex), KEK y el mismo T2K.
El detector Superkamiokande está instalado a mil metros bajo tierra en una antigua mina. Es una vasija de 40 metros de alto y otros tantos de diámetro con 50.000 toneladas de agua; 11.000 detectores especiales instalados en las paredes internas registran las señales que producen los neutrinos al interaccionar, muy de vez en cuando, con el agua. Empezó a funcionar hace más de 25 años, pero ha sido actualizado varias veces y actualmente funciona como Superkamiokande III. Entre sus éxitos destaca la detección y estudio de neutrinos solares, pero también, el registro, en 1987, de los neutrinos generados en una supernova que explotó en una galaxia cercana, la Gran Nube de Magallanes, formándose una estrella de neutrones o tal vez un agujero negro.
También ha sido fundamental el superkamiokande en estudios precedentes de oscilaciones de neutrinos. De hecho, el T2K es una versión avanzada del experimento anterior, el K2K, en el que los neutrinos se han producido y detectado en el mismo complejo de Kamioka.
Fuente www.elpais.com
The T2K particle physics experiment is designed to measure the interactions of neutrinos. Two physicists at the University of Regina, describe their involvement in the international project and the purpose of this research.
http://www.t2k.org/
http://jnusrv01.kek.jp/public/t2k/index.html
EXPERIMENTOS de NEUTRINOS
El experimento K2K de oscilaciones de neutrinos es un experimento en el cual un haz de neutrinos, producido en el laboratorio KEK de Japón, es enviado de KEK al laboratorio Kamioka, situado a 250 kilómetros de distancia. Los neutrinos viajan por la tierra con una atenuación insignificante. El experimento mide el flujo de neutrinos de tipo muónico en dos posiciones diferentes: cerca de la fuente donde son producidos, en el propio laboratorio KEK, y a 250 kilómetros de distancia en Kamioka, en la parte occidental de Japón. Para este propósito el experimento tiene dos detectores: uno a 200m del punto de producción de los neutrinos, y otro más lejano en Kamioka, el detector Super-Kamiokande, el cual consiste en un enorme tanque (50,000 toneladas) de agua muy pura. El flujo es medido contando el número de interacciones cuasi-elásticas de neutrinos muónicos en un volumen dado de ambos detectores. Las medidas en el detector cercano son extrapoladas al detector lejano y comparadas con lo que es realmente medido allí.
El experimento finalizó la toma de datos en noviembre del 2004. Durante el 2005 se finalizó el análisis del resultado principal sobre oscilaciones [E.Aliu et al., Phys.Rev.Lett. 94:081802,(2005)]. En la figura se muestra la distribución de energía de los neutrinos de sucesos quasi-elásticos (de una traza compatible con muón) en Superkamiokande, comparada con lo esperado en ausencia de oscilaciones (línea de puntos) y con oscilaciones (línea sólida). El mejor ajuste a los datos conduce a los parámetros (sin22q, Dm2)=(1.0,2.8×10-3 eV2). Con estos parámetros el número de sucesos quasi-elásticos esperado en SuperKamiokande es 103.8, comparable a los 107 observados y muy distinto del número esperado en ausencia de oscilaciones: 151±11.
La energía reconstruida en Super-Kamiokande para sucesos con un solo anillo Cherenkov, compatibles con muones.
Este resultado confirma, en un experimento controlado, la hipótesis de oscilaciones de los neutrinos atmosféricos observadas por Super-Kamiokande en 1998.
El IFAE también participa en otro experimento de neutrinos, en preparación, llamado T2K. En T2K el haz de neutrinos será mucho más intenso que el de K2K y será enviado desde Tokai, donde se está construyendo un nuevo acelerador sincrotrón de protones de 50 GeV, llamado J-Park, a Super-Kamiokande (figura).
Esquema del experimento T2K, en preparación.
El objetivo principal de T2K es observar la oscilación de neutrinos muónicos a neutrinos electrónicos, la cual dará información sobre un parámetro aún desconocido de las oscilaciones. El experimento ha sido aprobado por las autoridades japonesas y tiene una participación grande de grupos europeos. En el 2005 se completó el diseño de base del detector cercano (situado a 280m del blanco). Este detector es un espectrómetro basado en un imán de gran tamaño y campo relativamente bajo (0.2 Tesla) utilizado originalmente en el experimento UA1 en el CERN .
El IFAE ha contribuido en gran manera a las simulaciones llevadas a cabo durante el diseño. Uno de los detectores será una TPC (o varias). Una de las opciones para leer las TPC son los detectores GEM, los están siendo ensayados en la TPC del experimento HARP, en el CERN, comenzando en el 2005. El IFAE está involucrado en dichos ensayos así como en la construcción de parte de la electrónica de lectura.
http://kek.jp/intra-e/press/2009/J-PARCT2K.html
All you wanted to know about Neutrinos. A feature documentary covering the CNGS project, linking CERN to Gran Sasso Laboratory (Italy) with an underground Neutrino beam. Coproduced with INFN
http://soft77.com.es/video/Particle Hunters.mp4 http://soft77.com.es/video/Particle-Hunters.flv http://soft77.com.es/video/particle-hunter-cms.flv http://soft77.com.es/video/The Particle Hunters.flv
Friday, December 11th, 2009,
by Manuel and is filed under "Agujeros negros, Astrofisica, Atomo, CERN, Ciencia, Cosmologia, Cosmos, Fermilab, Fisica, Fisica Nuclear, Fisica Teorica, Fisica de particulas, Internacional, Investigacion, LHC, Matematicas, Mecanica cuantica, Science, Sincrotrón, Technology, Tecnologia, Tevatron, Universo |
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