El detector de neutrinos en miniatura promete probar las leyes de la física
Un detector relativamente pequeño atrapó a los neutrinos de un reactor nuclear utilizando una técnica conocida como dispersión coherente
Una planta de energía nuclear en Liebstadt, Suiza, organizó el detector de neutrinos CONUS+.
Andreas Haas/Diebildmanufaktur/Alamy
Los físicos han atrapado neutrinos De un reactor nuclear que usa un dispositivo que pesa solo unos pocos kilogramos, las órdenes de magnitud menos masivas que detectores de neutrinos estándar. La técnica abre nuevas formas de probar las leyes conocidas de la física y detectar los copiosos neutrinos producidos en los corazones de las estrellas colapsantes.
“Finalmente lo hicieron”, dice Kate Scholberg, física de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte. “Y tienen un resultado muy hermoso”. El experimento, llamado conus+se describe el 30 de julio en Naturaleza.
Cantera desafiante
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Los neutrinos son partículas elementales que no tienen carga eléctrica y generalmente no interactúan con otra materia, lo que las hace extraordinariamente difíciles de detectar. La mayoría de los experimentos de neutrinos atrapan estas esquivas partículas observando destellos de luz que se generan cuando un neutrino choca con un electrón, protón o neutrón. Estas colisiones ocurren con poca frecuencia, por lo que tales detectores generalmente tienen masas de toneladas o miles de toneladas para proporcionar suficiente material objetivo para recolectar neutrinos en números relevantes.
Scholberg y sus colaboradores Primero demostró la técnica de mini detector en 2017usarlo para atrapar neutrinos producidos por un Acelerador en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge En Tennessee. Las partículas de roble de cresta tienen energías ligeramente más altas que las hechas en los reactores. Como resultado, la detección de neutrinos del reactor fue aún más desafiante, dice ella. Pero los neutrinos de menor energía también permiten una prueba más precisa del modelo estándar de física.
El detector coherente de Scholberg fue el primero en explotar un fenómeno llamado dispersión coherente, en la que un neutrino ‘dispersa’ de un núcleo atómico entero en lugar de las partículas constituyentes del átomo.
La dispersión coherente utiliza el hecho de que las partículas de la materia pueden actuar como olas, y cuanto más baja sea la energía de las partículas, más larga es su longitud de onda, dice Christian Buck, líder de la colaboración de CONUS. Si la longitud de onda de un neutrino es similar al diámetro del núcleo, “entonces el neutrino ve el núcleo como una cosa. No ve la estructura interna”, dice Buck, quien es físico en el Instituto Max Planck para la Física Nuclear en Heidelberg, Alemania. El neutrino no interactúa con ninguna partícula subatómica, pero hace que el núcleo retroceda, depositando una pequeña cantidad de energía en el detector.
Mirando a un núcleo
La dispersión coherente ocurre más de 100 veces más frecuente que las interacciones utilizadas en otros detectores, donde el neutrino ‘ve’ un núcleo como una colección de partículas más pequeñas con espacio vacío en el medio. Esta mayor eficiencia significa que los detectores pueden ser más pequeños y aún detectar un número similar de partículas en el mismo marco de tiempo. “Ahora puede permitirse el lujo de construir detectores en la escala de kilogramo”, dice Buck.
La desventaja es que los neutrinos depositan mucho menos energía en el núcleo. El retroceso inducido en un núcleo por un neutrino es comparable al producido en un barco por una pelota de ping-pong, dice Buck, y hasta los últimos años ha sido extremadamente difícil de medir.
El detector CONUS está hecho de cuatro módulos de germanio puro, cada uno con un peso de 1 kilogramo. Funcionó en un reactor nuclear en Alemania desde 2018 hasta que ese reactor se cerró en 2022. El equipo luego trasladó el detector, mejorado a Conus+, a la planta de energía nuclear de Leibstadt en Suiza. Desde la nueva ubicación, el equipo ahora informa haber visto alrededor de 395 eventos de colisión en 119 días de operación, de acuerdo con las predicciones del modelo estándar de física de partículas.
Después del resultado de 2017 de Coherent, que se obtuvo con detectores hechos de yoduro de cesio, el equipo de Scholberg repitió la hazaña con detectores hecho de argón y de germanio. Por separado, el año pasado, dos experimentos Originalmente diseñado para buscar materia oscura informó haber visto toques de baja energía dispersión coherente de neutrinos producidos por el sol. Scholberg dice que el modelo estándar hace predicciones muy limpias de la tasa de dispersión coherente y cómo cambia con diferentes tipos de núcleo atómico, lo que hace que sea crucial comparar los resultados de tantos materiales de detección posible. Y si la sensibilidad de la técnica mejora aún más, la dispersión coherente podría ayudar a impulsar el Estado del arte de la ciencia solar.
Los investigadores dicen que la dispersión coherente probablemente no reemplazará completamente ninguna tecnología existente para detectar neutrinos. Pero puede detectar los tres tipos conocidos de neutrinos (y sus antipartículas correspondientes) a bajas energías, mientras que algunas otras técnicas pueden capturar solo un solo tipo. Esta habilidad significa que podría complementar detectores masivos que tienen como objetivo recoger neutrinos con energías más altas, como el Hiper-kamiokande Observatorio ahora en construcción en Japón.
Este artículo se reproduce con permiso y fue Primero publicado el 30 de julio de 2025.