La física brasileña impulsa los estudios internacionales sobre neutrinos

Avanzan mediante la cooperación internacional las investigaciones sobre las partículas que serían responsables de la asimetría entre la materia y la antimateria en el universo

Por Diego Freire

Agência FAPESP – Son de Brasil algunos de los perfeccionamientos que llevarán a que la investigación internacional sobre los neutrinos avance considerablemente durante los próximos años. Esta constatación estuvo a cargo de Robert Svoboda, del Departamento de Física de la Universidad de California en Davis, en la FAPESP Week UC Davis in Brazil, organizada por la FAPESP y la University of California (UC) en Davis durante los días 12 y 13 de mayo de 2015, en São Paulo.

Svoboda es uno de los portavoces del Deep Underground Neutrino Experiment (Dune), el mayor experimento destinado a la detección y el estudio de las interacciones de neutrinos en el mundo.

“Los neutrinos son las menores partículas que se conocen. Para generar un electrón, serían necesarios 10 millones de neutrinos, lo que nos lleva a decir que por cada átomo existen al menos 1.000 millones de neutrinos. Es decir: somos visitantes en el universo de los neutrinos, lo que de por sí constituye un inmenso motivo para intentar entenderlos. Brasil tiene una gran participación en lo que se sabe hasta ahora al respecto de estas partículas, y está trabajando en nuevos e importantes aportes”, declaró a Agência FAPESP.

Svoboda se refiere a la participación de cinco instituciones brasileñas en la cooperación internacional responsable del Dune. Científicos de la Universidad de Campinas (Unicamp), de la Universidad Federal del ABC (UFABC), de la Universidad Federal de Goiás (UFG), de la Universidad Federal de Alagoas (Ufal) y de la Universidad Estadual del Sudoeste de Bahía (Uesb) trabajan en el perfeccionamiento de los sensores del experimento, con sede en Estados Unidos.

La herramienta más potente del mundo para el estudio de la difícil captura de los neutrinos ocupa una extensión de más de 1.200 km en Estados Unidos: se extiende desde el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), en Illinois, hasta el subsuelo de un centro de investigación en Dakota del Sur.

La distancia existente entre los detectores de neutrinos instalados en esos dos extremos le permitirá a la comunidad física internacional estudiar los cambios por los cuales pasan los neutrinos mientras atraviesan la Tierra.

“Actualmente estamos trabajando en el desarrollo del sistema de detección de fotones del experimento, con fibras de acrílico dopadas con un componente químico que desplaza hacia lo visible a la luz que se produce debido la interacción de los neutrinos, a los efectos de que los sensores del experimento puedan visualizar dichas interacciones con mayor precisión”, explicó Ernesto Kemp, del Departamento de Rayos Cósmicos y Cronología de la Unicamp, otro de los disertantes durante la FAPESP Week.

“También se están investigando y desarrollándose nuevas técnicas destinadas a mejorar la reflexión y la recolección de la luz del experimento, para que la misma llegue en forma más eficiente a las fibras y de éstas se dirija hacia los sensores de luz, todo esto sumado a las simulaciones numéricas cuyo objetivo es validar esas mejoras y a los nuevos cálculos de sensibilidad”, dijo Kemp.

Para el investigador, la articulación de la comunidad brasileña de físicos experimentales posicionó a Brasil como un importante colaborador en las investigaciones internacionales sobre neutrinos.

“La precisión que buscamos en las mediciones de los parámetros de oscilación de los neutrinos, que dependen de la energía generada y de la materia que atraviesan –entre otros factores–, aumentarán las posibilidades de entender de qué manera estas partículas pueden haber sido responsables de la predominancia de la materia en el universo, en lugar de haberlo sido la antimateria, entre otras cosas”, destacó Kemp.

La materia versus la antimateria

Hasta la década de 1990, los físicos consideraban que los neutrinos no tenían masa. De acuerdo con Svoboda, el descubrimiento de evidencias contrarias a esto y la comprensión acerca del comportamiento de los neutrinos puede explicar por qué el universo está compuesto predominantemente por materia, ya que la antimateria, que actualmente es casi inexistente, habría tenido las mismas posibilidades de surgimiento al propagarse a partir del Big Bang, y no lo hizo.

“Cuando se formó el Universo, la materia y la antimateria existían de manera simétrica, en iguales cantidades. El incremento de la cantidad de materia, luego del Big Bang, que es responsable de la existencia de las cosas tal como las conocemos, puede haber sido provocado por los neutrinos”, dijo.

La respuesta residiría en el extraño comportamiento de la masa de los neutrinos y en su relación con su antipartícula. Se sabe que estas partículas pueden alterar su masa y oscilar espontáneamente entre los tres tipos de neutrinos conocidos.

“Estas propiedades aún poco dilucidadas pueden haber distorsionado la relación de producción entre materia y antimateria al principio del Universo”, dijo Svoboda.
 

Cooperación

Además de tomar parte en el Dune, Brasil participa en otros importantes experimentos internacionales orientados al estudio del comportamiento de los neutrinos. Svodoba y Kemp trabajan en colaboración en el Double Chooz, un experimento que apunta medir las oscilaciones de neutrinos al observar antineutrinos producidos en un reactor nuclear en Chooz, en Francia.

La participación brasileña, que contó con el apoyo de la FAPESP en el marco del proyecto intitulado Mediciones de neutrinos en centrales nucleares, coordinado por Pietro Chimenti, de la UFABC, derivó en el desarrollo de sensores electrónicos que permitieron la medición de la energía de los muones cósmicos que cruzan el detector.

Merced a los resultados de éste y de otros experimentos realizados en el mundo, se conoce ahora la diferencia de masa existente entre los tipos de neutrinos detectados, pero no así cuál es la masa que tiene cada uno. Éstas y otras cuestiones todavía siguen sin respuesta; pero, para Svodoba, la cooperación internacional ha hecho posibles avances a grandes pasos.

“En poco tiempo esas partículas pasaron de la teoría a la comprobación experimental. En la década de 1960, se observó en una mina, en Sudáfrica, la primera existencia natural de neutrinos; en la década de 1990, en el observatorio de neutrinos Super-Kamiokande, en Japón, se registraron oscilaciones en neutrinos-muones que indicaban que los mismos tienen masa. Es necesario ahora aunar más esfuerzos para hacer que el área avance más todavía, a los efectos de generar las respuestas que busca la humanidad acerca de por qué las cosas son como son”, dijo.