Ichep.4-07.2014

  • 04/07/2014
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La trepidante carrera por desenmascarar al neutrino

La mejora de la pureza, la resolución o el

aumento del tamaño de los detectores de

neutrinos se debate en ICHEP

La confirmación de si los neutrinos son, o no, su

propia antipartícula será uno de los grandes

hitos experimentales de la física de partículas

en los próximos años. Para ello, un paso crucial

es detectar la doble desintegración beta sin

neutrinos del isótopo xenón 136. Este tipo de

desintegración ya ha sido observada con emisión

de dos neutrinos y de detectarse sin emisión

de este tipo de partículas, se confirmaría

que son partículas de Majorana. A ello están

dedicados actualmente un puñado de prometedores

experimentos alrededor de todo el

mundo. Sus responsables se citaron en ICHEP a

partir de las 11 de la mañana de ayer para compartir

sus avances y los retos que comparten.

Uno de los grandes problemas de estos detectores

denominados TPC, consistentes en cámaras

de xenón enriquecido con el citado isótopo que

registran la descomposición paso por paso, son

las impurezas radiactivas, capaces de alterar los

resultados hasta con un puñado de átomos.

"Limpiar el gas es muy importante para cualquier

detector", explica Juan José Gómez Cadenas,

director del grupo de física de neutrinos en

el Instituto de Física Corpuscular de Valencia y

director del experimento NEXT en el Laboratorio

Subterráneo de Canfranc.

"Necesitamos más purificación", concretaba

Yoshihito Gando, investigador en el experimento

KamLAND-Zen de Japón, que llegaron a

encontrar impurezas en el xenón sin saber muy

bien de dónde procedían. "No está claro cómo

las impurezas radiactivas se introdujeron en el

globo interior". Se sospecha que pueden ser

productos de espalación cosmogénica o incluso

efectos secundarios de los reactores de Fukushima

I".

Sobre el mismo asunto, mejorar la pureza del

xenón, Michelle Dolinski concretaba que "necesitamos

quitar 200 átomos de radón", en el experimento

200 del Enriched Xenon Observatory

(EXO), uno de los más prometedores al respecto,

ya que han sido capaces de ofrecer, según

un reciente estudio publicado en Nature, la medida

más precisa hasta el momento del periodo

medio de desintegración: 2.165 ± 0.016 (stat.) ±

0.059 (sys.) × 1021 años (el anterior resultado,

del mismo experimento en agosto de 2011, era

de 2.11 ± 0.04 (stat.) ± 0.21 (sys.) × 1021 años).

Pero aún hay trabajo por delante, indica Dolinski,

por ejemplo en "eliminar el ruido en el

circuito de detección APD" (fotodiodos de avalancha,

encargados de registrar la desintegración

del isótopo) tanto mejorando soluciones de

hardware, con actualizaciones de los sistemas

electrónicos de lectura, como del software, "encontrando

las combinaciones óptimas de señales

APD por evento, dada la posición y el ruido",

indica la investigadora.

Otro de los grandes atractivos de esta sesión

sobre neutrinos que tuvo lugar ayer en ICHEP

es comprobar la ambición existente por crear

detectores con cada vez un mayor contenido en

xenón. Los actuales, como el de Canfranc, albergan

unos 100 kilogramos de xenón, pero las

próximas fases se prevén con hasta una tonelada

de gas, las de KamLAND-Zen, entre 700 y

800 kilogramos, y las del EXO, con hasta 5 toneladas

de xenón líquido en una próxima generación

de experimentos.

"Necesitamos nuevos detectores, lo suficientemente

grandes para que puedan albergar bien

electrones largos, para poder tomar todas las

medidas", indicaba Gómez Cadenas.

Michel Sorel: "La física de

neutrinos no ha dejado de ser

interesante desde el

descubrimiento de sus

oscilaciones"

Por Antonio Villarreal

La Física de Neutrinos será una de los temas

más emocionantes en ICHEP’14. Michel Sorel,

investigador Ramón y Cajal del CSIC en el

Instituto de Física Corpuscular (IFIC) y uno de

los convocantes en esta área, nos cuenta sobre

progresos actuales, los retos futuros y sobre

qué es lo que espera él de la conferencia.

¿Qué es lo que esperas de ICHEP? Como

científico, ¿una conferencia como esta es

importante para grandes noticias o, puede

desde un punto de vista más práctico, para

conocer gente?

Normalmente voy a pequeñas conferencias o

workshops centrados sólo en física de neutrinos

o incluso en algún aspecto concreto de ellos. Lo

que hace especial ICHEP es que nos ofrece la

oportunidad de aprender sobre la situación

actual y de la dirección que va a tomar la física

de partículas como un todo, fuera de nuestra

área en la que estamos especializados. Por otro

lado, y desde el descubrimiento de las

oscilaciones de neutrinos, queda claro que la

física de neutrinos está en la primera plana en

las investigaciones de física de partículas. Es

por esto que, como convocante de la sesión de

Física de Neutrinos, espero poder contribuir a

transmitir esta emocionante sensación a los

científicos que no son expertos en este campo.

Ha habido una serie de resultados que han

arrojado más luz sobre la naturaleza de los

neutrinos, como los resultados del

Experimento EXO 200 recientemente

publicados en Nature. ¿Esperas resultados

significativos en los próximos meses?

Sí, la Física de Neutrinos es ahora mismo una

gran fuente de información. Los teóricos y

fenomenológicos de neutrinos nos indican con

precisión a nosotros, los experimentales, dónde

buscar para hacer nuevos descubrimientos. Se

espera una gran cantidad de futuros nuevos

descubrimientos, pero no sé si serán para

dentro de unos pocos meses, ¡pero como mucho

en unos pocos años!

¿En qué áreas en concreto?

Sobre la naturaleza del neutrino, la pregunta de

si la simetría CP está violada en el sector

neutrino (y en el caso afirmativo, cuánto) es

particularmente importante, ya que puede estar

relacionado la asimetría observada entre

materia y antimateria en nuestro Universo. Los

primeros resultados apuntan a que sí hay una

ruptura en esta simetría fundamental de la

naturaleza, pero necesitamos más resultados

para poder afirmarlo con seguridad. Esta área

evoluciona rápidamente, con nuevos resultados

provenientes tanto de los experimentos de

oscilaciones de neutrinos a largas distancias

(como pueden ser T2K, NOvA) como de

experimentos de neutrinos de reactores

nucleares (Daya Bay, RENO, Double Chooz).

Ahora mismo necesitamos ambos tipos de

experimentos para resolver la pregunta.

Otro asunto muy activo e importante es saber si

saber si el neutrino es su propia antipartícula,

que es lo que se conoce como una partícula de

Majorana. Esto se estudia desde la vía de los

experimentos de desintegración doble beta sin

neutrinos, emplazados en laboratorios

subterráneos. La detección de esta hipotética

desintegración demostraría que tiene estas

características, a diferencia de cualquier otra

partícula elemental que conocemos. No hay

ninguna evidencia convincente de esta

desintegración. Sin embargo, ahora mismo

tenemos varios experimentos diseñados para

comprobar esta hipótesis con una sensibilidad

sin precedentes. Algunos de estos ya están

dando resultados, como por ejemplo EXO-200,

KamLAND-Zen y GERDA. Otros esperan

empezar la carrera en los próximos 1 o 2 años,

como la versión completa del detector CUORE y

el experimento NEXT. Esta área también avanza

rápidamente y un importante descubrimiento

puede estar a la vuelta de la esquina.

Una pregunta embarazosa que los físicos de

neutrinos se tienen que hacer es sobre la masa:

¡seguimos sin saber algo tan básico como la

masa de esta partícula! La Cosmología de

Neutrinos usa técnicas experimentales pioneras

para demostrar que estamos en la escala de

masas de sub-eV, haciendo de ésta otra área

muy activa en la Física de Neutrinos.

Observaciones cosmológicas como son las del

fondo cósmico de microondas del satélite

Planck y algunas otras, están muy cerca de

detectar la impronta de los neutrinos de masa

mayor de cero en la Cosmología. Tendremos

que estar atentos.

Además de estudiar las propiedades de los

neutrinos, estos experimentos pueden ser la

única forma de estudiar el cosmos. Una nueva

era en la astronomía ha empezado desde la

detección el año pasado de neutrinos

provenientes del espacio exterior de alta

energía en el experimento IceCube en el Polo

Sur. IceCube ha sido galardonado con el “2013

Breakthrough of the Year” por la revista Physics

World por este resultado, y muchos más

resultados sobre telescopios de neutrinos de

alta energía llegarán en un futuro próximo.

También esperamos pronto resultados del

experimento de neutrinos solares Borexino, que

nos dará información de un valor incalculable

sobre los mecanismos de fusión en el interior

del Sol.

Y podría seguir con muchos otros ejemplos. Lo

cierto es que la Física de Neutrinos no ha dejado

en ningún momento de ser interesante desde el

descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos

a finales de la década de los 90.

¿Son importantes las limitaciones técnicas a

la hora de hacer nuevos descubrimientos

sobre la naturaleza de los neutrinos? Y en

concreto, ¿cómo influye en esta cuestión el

desarrollo de aceleradores de partículas?

La única forma conocida de responder a la

cuestión previamente expuesta de la violación

CP en el sector neutrino es realizar estudios

sobre cómo cambian de sabor los neutrinos

mediante oscilaciones en experimentos de

aceleradores a larga distancia, habiendo una

distancia entre la producción y al detección de

los neutrinos de varios cientos de kilómetros.

Debido a que los neutrinos interactúan muy

débilmente con la materia ordinaria, no sólo

necesitamos detectores muy masivos, sino que

también necesitamos potentes haces de

partículas para acumular suficientes eventos de

interacciones de neutrinos. Por dar un ejemplo,

el ambicioso Proton Improvement Plan en el

Fermilab para desarrollar un haz de protones

en la escala del megawatio está fuertemente

impulsado por el también propuesto Long-

Baseline Neutrino Experiment (LBNE). En

definitiva, el estudio ruptura de la simetría CP

es la principal razón por la que la Física de

Neutrinos definitivamente necesita de potentes

haces de protones.

Las instituciones españoles particularmente

el IFIC pero también el IFAE, el CIEMAT y

muchas universidades- parece que están

jugando un importante papel en las

investigaciones de Física de Neutrinos,

especialmente con el experimento NEXT

pero también participando en otras

colaboraciones internacionales. Según tu

experiencia, ¿se ha visto afectado este

trabajo por los recortes en I+D?

Yo soy un miembro de las colaboraciones NEXT

y T2K de Física de Neutrinos, así que puedo

hablar mejor de estas dos realidades. Son muy

diferentes entre ellas. NEXT es el único

experimento de Física de Neutrinos que está

siendo dirigido y alojado en España. En Japón

está experimento T2K, que es la mayor

colaboración internacional en Física de

Neutrinos con casi 500 colaboradores de todas

las partes del mundo. En ambos casos, los

recortes de fondos están afectando a los grupos

españoles. Estamos sufriendo una caída en el

número de estudiantes, postdoctorados,

ingenieros y técnicos en los grupos de

investigación. Y una reducción más drástica se

producirá si no se invierte la tendencia en los

próximos años. En el caso de NEXT, ahora en

proceso de construcción, los recortes limitan

nuestra capacidad de adquirir y construir

equipamiento para el experimento. Espero que

volvamos a tener el apoyo que teníamos en

2006-2008, cuando las agencias de financiación

españolas tuvieron el cierto de invertir

fuertemente en infraestructuras como el

Laboratorio Subterráneo de Canfranc y en el

experimento NEXT.

Inauguración de ICHEP2014

Tal como estaba previsto, a las 9:30 de ayer, 3

de julio, arrancó la 37ª Conferencia

Internacional de Física de Altas Energías

(ICHEP2014) con un acto protocolario que fue

presentado por Juan Fuster, co-presidente del

Comité Organizador, que dio la bienvenida a

todos los participantes y subrayó el honor que

para la ciudad de Valencia supone acoger este

encuentro.

Fuster recordó que “el programa de la

Conferencia cubre todos los resultados más

recientes y la mayor parte de temas candentes

en los ámbitos de la física de partículas y

astropartículas” a lo largo de las sesiones

paralelas y las de posters. Entre las sesiones

espaciales, destacó “la dedicada al 60

aniversario del CERN, el debate sobre los

proyectos de futuras nuevas infraestructuras de

física de partículas en diferentes regiones del

mundo, la presentación de las oportunidades

que para la industria supone los proyectos

actuales y futuros en física de partículas y,

finalmente, la sesión de cosmología y sus

implicaciones en física de partículas”.

Francisco del Águila, gestor del Programa

Nacional de Física de Partículas, destacó que

estamos iniciando “la era de la precisió en

grandes aceleradores de hadrones, que

permitirá la comprobación más precisa hasta

ahora del Modelo Estándar de física de

partículas”. Tambié aseguróque en Españ se

está recuperando la inversión enciencia, y en

concreto en física de partículas, ya que tras

alcanzar un mínimo el año pasado, este año se

recuperan los niveles del año 2012. Y añadió

que “si se suma nuestra contribució a las

grandes instalaciones internacionales en esta

área, la inversión global española ha marcado

un máximo histórico”.

Adolfo de Azcárraga, presidente de la Real

Sociedad Española de Física, recordó que este

año se celebra el 50 aniversario de la propuesta

teórica de los quarks y del descubrimiento de la

radiación de fondo de microondas, así como el

60 aniversario del CERN. Y anunció que en

2015, con motivo del centenario de la teoría

general de la relatividad y otros aniversarios

relacionados, se celebrará el Año Internacional

de la Luz, “quizás la última gran celebración de

este tipo en el ámbito de la física y una ocasión

para llevar la ciencia, especialmente la física, a

la sociedad”.

Tambié reivindicóque “má alláde la

importancia que la física tiene por sí mismo,

realiza una importa

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