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Primeras pistas de partículas vistas en ProtoDUNE

noviembre 9, 2018
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El detector de neutrinos de argón líquido más grande del mundo acaba de grabar sus primeras pistas de partículas, lo que indica el comienzo de un nuevo capítulo en la historia del experimento internacional de neutrinos subterráneos profundos.

La misión científica de DUNE está dedicada a desbloquear los misterios de los neutrinos, las partículas de materia más abundantes en el universo. Los científicos de la colaboración DUNE piensan que los neutrinos pueden ayudar a responder una de las preguntas más apremiantes en física: por qué vivimos en un universo dominado por la materia. En otras palabras, por qué estamos aquí en absoluto.

El enorme detector ProtoDUNE -el tamaño de una casa de tres pisos y la forma de un cubo gigantesco- fue construido en el CERN, el laboratorio europeo de física de partículas, como el primero de dos prototipos de lo que será un detector mucho más grande para el proyecto DUNE, organizado por el Fermi National Accelerator Laboratory del Departamento de Energía de EE. UU. en los Estados Unidos. Cuando los primeros módulos detectores DUNE registran datos en 2026, cada uno de ellos será 20 veces más grande que estos prototipos. Habrá cuatro módulos en total.

Es la primera vez que el CERN está invirtiendo en el desarrollo de infraestructura y detectores para un proyecto de física de partículas en los Estados Unidos.

El primer detector ProtoDUNE tomó dos años para construirse y ocho semanas para llenar con 800 toneladas de argón líquido, que debe mantenerse a temperaturas inferiores a menos 300 grados Fahrenheit. El detector registra rastros de partículas en ese argón, tanto de los rayos cósmicos como de un haz creado en el complejo acelerador del CERN. Ahora que se han visto las primeras pistas, los científicos operarán el detector durante los próximos meses para probar la tecnología en profundidad.

“Hace solo dos años completamos el nuevo edificio en el CERN para albergar dos prototipos de detectores a gran escala que forman los bloques de construcción para DUNE”, dice Marzio Nessi, jefe de la plataforma Neutrino en el CERN. “Ahora tenemos el primer detector que toma datos hermosos, y el segundo detector, que utiliza un enfoque diferente a la tecnología de argón líquido, estará en línea en unos meses”.

La tecnología del primer detector ProtoDUNE será la misma que se utilizará para el primero de los módulos de detector DUNE en los Estados Unidos, que se construirá a una milla bajo tierra en la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford en Dakota del Sur. Más de 1000 científicos e ingenieros de 32 países que abarcan cinco continentes: África, Asia, Europa, América del Norte y América del Sur, están trabajando en el desarrollo, diseño y construcción de los detectores DUNE. La ceremonia de inauguración de las cavernas que albergarán el experimento se llevó a cabo en julio de 2017.

“Ver las primeras pistas de partículas es un gran éxito para toda la colaboración DUNE”, dice el co-portavoz de DUNE Stefan Soldner-Rembold de la Universidad de Manchester, Reino Unido. “DUNE es la mayor colaboración de científicos que trabajan en la investigación de neutrinos en el mundo, con la intención de crear un experimento de vanguardia que podría cambiar la forma en que vemos el universo”.

Cuando los neutrinos entran en los detectores y se estrellan contra los núcleos de argón, producen partículas cargadas. Esas partículas dejan huellas de ionización en el líquido, que pueden verse mediante sofisticados sistemas de seguimiento capaces de crear imágenes tridimensionales de procesos subatómicos que de otro modo serían invisibles. (Vea una animación de cómo funcionan los detectores DUNE y ProtoDUNE, junto con otros videos sobre DUNE).

“El CERN está orgulloso del éxito de la plataforma Neutrino y entusiasmado por ser socio de DUNE, junto con instituciones y universidades de sus estados miembros y más allá”, dice Fabiola Gianotti, directora general de CERN. “Estos primeros resultados de ProtoDUNE son un buen ejemplo de lo que se puede lograr cuando los laboratorios de todo el mundo colaboran. La investigación con DUNE es complementaria a la investigación llevada a cabo por el LHC y otros experimentos en el CERN, juntos tienen un gran potencial para responder algunas de las preguntas pendientes en la física de partículas. “

DUNE no solo estudiará los neutrinos, sino también sus homólogos antimateria. Los científicos buscarán diferencias en el comportamiento entre neutrinos y antineutrinos, lo que podría darnos pistas de por qué el universo visible está dominado por la materia. DUNE también observará los neutrinos producidos cuando una estrella explota, lo que podría revelar la formación de estrellas de neutrones y agujeros negros, e investigará si los protones viven para siempre o eventualmente se descomponen. Observar la descomposición del protón nos acercaría al cumplimiento del sueño de Einstein de una gran teoría unificada.

“DUNE es el futuro de la investigación de neutrinos”, dice el director de Fermilab, Nigel Lockyer. “Fermilab se complace en organizar un experimento internacional con un potencial tan vasto para nuevos descubrimientos y para continuar nuestra larga asociación con el CERN, tanto en el proyecto DUNE como en el Large Hadron Collider”.

Nota del editor: una versión de este artículo fue publicada originalmente por Fermilab.