Última sección del acelerador en Tokai usado para crear neutrinos en el experimento T2K
Los neutrinos son un tema común en este sitio, me declaro culpable: son mis partículas favoritas, son misteriosos, difíciles de observar, son las únicas partículas que no se ajustan al modelo estándar, nos atraviesan de cabeza a pies durante el día, aparecen bajo nuestras camas de noche… y muchos científicos piensan que los neutrinos pueden ser la clave del imbalance de materia y antimateria en el universo temprano, luego del big bang, es decir, los neutrinos podrían ser el motivo por el cual nuestro universo como lo conocemos existe.
Hoy los neutrinos hacen noticia. La colaboración internacional T2K ha confirmado un nuevo tipo de oscilación con una significancia de 7.5σ.(anuncio oficial) Hace dos años el mismo experimento ya había mostrado señales de este fenómeno, pero con una significancia de sólo 2.5σ. Ahora T2K habla de descubrimiento.
Existen tres tipos de neutrinos, o sabores como le llaman los físicos, denotados por 
. Cuando un neutrino de un sabor de propaga cambia de sabor, es decir, un 
puede transformase en un 
luego de viajar cierta distancia. Este fenómeno ha sido observado durante la pasada década por lo que sabemos que es real.
. Cuando un neutrino de un sabor de propaga cambia de sabor, es decir, un puede transformase en un luego de viajar cierta distancia. Este fenómeno ha sido observado durante la pasada década por lo que sabemos que es real.
El año pasado uno de los resultados más importantes (además del descubrimiento del bosón de Higgs) fue el descubrimiento de la oscilación de antineutrinos en reactores nucleares por el experimento Daya Bay (en China), confirmado al poco tiempo por el experimento RENO (en Corea).
En reactores nucleares lo que se observa es que el número de antineutrinos electrónicos (
) creados en las reacciones en el centro del reactor disminuye al alejarse del reactor.
) creados en las reacciones en el centro del reactor disminuye al alejarse del reactor.
Los físicos llamamos a esto un proceso de desaparición de neutrinos y lo expliqué en su momento con la analogía de la desaparición de mi helado de vainilla.
La desaparición de antineutrinos en reactores nucleares constituye una medida directa de un parámetro en la teoría (llamado ángulo 
), que es clave en la posibilidad de que los neutrinos sean los culpables de que exista algo en vez de nada (los físicos llaman a estoviolación CP, que discutimos hace un tiempo).
), que es clave en la posibilidad de que los neutrinos sean los culpables de que exista algo en vez de nada (los físicos llaman a estoviolación CP, que discutimos hace un tiempo).
El experimento T2K
Diferentes experimentos se han diseñado para estudiar , por un lado están losexperimentos que usan antineutrinos generados por plantas nucleares, otro método consiste en producir un haz de y tratar de medir si algún 
aparece luego de cierta distancia.
, por un lado están losexperimentos que usan antineutrinos generados por plantas nucleares, otro método consiste en producir un haz de y tratar de medir si algún aparece luego de cierta distancia.
Esto es justamente lo que el experimento T2K en Japón estudia.
El experimento funciona así: se aceleran protones hasta alcanzar altas energías con los que se bombardea una barra de grafito que produce otras partículas cargadas (llamadas mesones) que se desintegran rápidamente en . Antes de desintegrarse estos mesones son alineados con campos magnéticos, de esta manera al desintegrarse los se moverán todos en la misma dirección. Todo esto se realiza en J-PARC, laboratorio de física de partículas ubicado enTokai, al este de Japón.
. Antes de desintegrarse estos mesones son alineados con campos magnéticos, de esta manera al desintegrarse los se moverán todos en la misma dirección. Todo esto se realiza en J-PARC, laboratorio de física de partículas ubicado enTokai, al este de Japón.
Allí los neutrinos son disparados bajo la superficie terrestre donde luego de 295 km se encuentran con un detector gigante llamado Super-Kamiokande (SK para los amigos), ubicado al oeste de Japón en un laboratorio subterráneo llamado Kamioka.
De allí el nombre del experimento: Tokai to Kamioka=T2K. SK es un detector gigantesco donde se miden los provenientes de Tokai. SK también puede medir por lo cual ya tenemos lo básico para medir oscilando en . Dado que se espera que algún aparezca en el haz de , los físicos llamamos a este proceso ’ appearance’.
provenientes de Tokai. SK también puede medir por lo cual ya tenemos lo básico para medir oscilando en . Dado que se espera que algún aparezca en el haz de , los físicos llamamos a este proceso ’ appearance’.
Neutrinos recorren 295 km bajo tierra desde J-PARC en Tokai hasta SK
Como mencionábamos, el resultado de este experimento depende del valor de , si este ángulo es cero entonces los cálculos muestran que dado el tiempo que T2K lleva funcionando unos 5 deberían aparecer en SK (debido a contaminación en el haz de neutrinos).
, si este ángulo es cero entonces los cálculos muestran que dado el tiempo que T2K lleva funcionando unos 5 deberían aparecer en SK (debido a contaminación en el haz de neutrinos).
Esta mañana miembros de T2K han anunciado en la Conferencia Europea de Física de Altas Energías en Estocolmo que 28 han sido registrados por SK lo que indicaría que no es cero (con una significancia de 7.5σ).
han sido registrados por SK lo que indicaría que no es cero (con una significancia de 7.5σ).
Físicamente este resultado muestra que algunos oscilaron en el camino desde Tokai convirtiéndose en al llegar a SK.
oscilaron en el camino desde Tokai convirtiéndose en al llegar a SK.
Este tipo de oscilación no había sido observado antes, hasta hoy sólo había señales poco significativas.
Además confirma que el modelo de neutrinos masivos (que no es parte del modelo estándar) funciona a la perfección.
Así se ven los efectos de un neutrino electrónico en SK (cualquier parecido con nuestra imagen de fondo en Facebook no es coincidencia).
Ahora que tenemos completa seguridad (estamos 99.9999999999936% seguros de que es así) de que no es cero, la posibilidad de que los neutrinos podrían en el futuro ser declarados culpables por el imbalance de materia-antimateria en el universo aumenta.
no es cero, la posibilidad de que los neutrinos podrían en el futuro ser declarados culpables por el imbalance de materia-antimateria en el universo aumenta.
Es temprano para afirmarlo, pero al menos la posibilidad de verificar esta afirmación ahora existe.
