SHINE arroja luz sobre los haces de neutrinos

El experimento NA61 del CERN, también conocido como SHINE, ha realizado nuevas mediciones que ayudarán a los físicos a determinar el contenido de los haces de neutrinos utilizados en experimentos en EE. UU.

7 junio, 2023

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Por Ana López

La sala experimental donde se encuentra NA61/SHINE (Imagen: CERN)

En el momento del Big Bang, hace 13.800 millones de años, se cree que cada partícula de materia se produjo junto con un equivalente de antimateria de carga eléctrica opuesta. Pero en el Universo actual, hay mucha más materia que antimateria. Por qué este es el caso es una de las preguntas más grandes de la física.

La respuesta puede estar, al menos en parte, en partículas llamadas neutrinos, que carecen de carga eléctrica, casi no tienen masa y cambian su identidad, u "oscilan", de uno de tres tipos a otro a medida que viajan por el espacio. Si los neutrinos oscilaran de manera diferente a sus equivalentes de antimateria, los antineutrinos, podrían ayudar a explicar el desequilibrio entre materia y antimateria en el Universo.

Los experimentos en todo el mundo, como el experimento NOvA en los EE. UU., están investigando esta posibilidad, al igual que los experimentos de próxima generación, incluido DUNE. En estos experimentos de oscilación de neutrinos de línea de base larga, se mide un haz de neutrinos después de haber viajado una gran distancia: la línea de base larga. Luego, el experimento se ejecuta con un haz de antineutrinos, y el resultado se compara con el del haz de neutrinos para ver si las dos partículas gemelas oscilan de manera similar o diferente.

Esta comparación depende de una estimación del número de neutrinos en los haces de neutrinos y antineutrinos antes de viajar. Estos haces se producen disparando haces de protones sobre objetivos fijos. Las interacciones con el objetivo crean otros hadrones, que se enfocan utilizando "cuernos" magnéticos y se dirigen hacia largos túneles en los que se transforman en neutrinos y otras partículas. Pero en este proceso de varios pasos, no es fácil calcular el contenido de partículas de los haces resultantes, incluida la cantidad de neutrinos que contienen, que depende directamente de las interacciones protón-objetivo.

Ingrese al experimento NA61 en el CERN, también conocido como SHINE. Usando haces de protones de alta energía del Super Proton Synchrotron y objetivos apropiados, el experimento puede recrear las interacciones protón-objetivo relevantes. NA61/SHINE ha realizado previamente mediciones de hadrones cargados eléctricamente que se producen en las interacciones y producen neutrinos. Estas mediciones ayudaron a mejorar las estimaciones del contenido de los haces de neutrinos utilizados en los experimentos de referencia larga existentes.

La colaboración NA61/SHINE ahora ha lanzado nuevas mediciones de hadrones que ayudarán a mejorar aún más estas estimaciones. Esta vez, utilizando un haz de protones con una energía de 120 GeV y un objetivo de carbono, la colaboración midió tres tipos de hadrones eléctricamente neutros que se descomponen en hadrones cargados que producen neutrinos.

Esta interacción protón-carbono de 120 GeV se usa para producir el haz de neutrinos de NOvA, y probablemente también se usará para crear el haz de DUNE. Las estimaciones de los números de los diferentes hadrones neutros que producen neutrinos que produce la interacción se basan en simulaciones por computadora, cuyo resultado varía significativamente según los detalles físicos subyacentes.

"Hasta ahora, las simulaciones para experimentos con neutrinos que usan esta interacción se han basado en extrapolaciones inciertas de mediciones más antiguas con diferentes energías y núcleos objetivo. Esta nueva medición directa de la producción de partículas a partir de protones de 120 GeV en carbono reduce la necesidad de estas extrapolaciones". explica Eric Zimmerman, portavoz adjunto de NA61/SHINE.

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¿Quieres saber más sobre los neutrinos? Únase al CERN, al Fermilab y al Centro de Investigación Subterráneo de Sanford (SURF) para una transmisión en vivo interactiva el 15 de junio a las 6 p. m. CEST.