La colaboración internacional del experimento Double Chooz, donde participa el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), ha presentado hoy sus primeros resultados en la conferencia LowNu, que se desarrolla en Seúl (Corea del Sur). Los físicos han detectado la desaparición de antineutrinos del electrón, medida que ayudará a determinar el hasta ahora desconocido tercer ángulo de mezcla del neutrino, una propiedad fundamental con importantes consecuencias para la Física de Partículas y Astropartículas. Una medida de este parámetro completaría el conocimiento del fenómeno conocido como “oscilaciones de los neutrinos” y abriría nuevas perspectivas para entender por qué nuestro Universo está hecho de materia y no de antimateria.
Los neutrinos son unas de las partículas más comunes del Universo, pero las menos visibles dado que apenas interactúan con el resto. Existen en tres tipos, llamados "sabores", que se conocen desde finales de los noventa por su habilidad para transformarse de un tipo a otro. Este fenómeno se llama “oscilaciones de sabor de los neutrinos”, e implica que los neutrinos tienen masa. Las oscilaciones de los neutrinos son en la actualidad un campo de investigación en auge con varios experimentos tratando de ofrecer una descripción del mecanismo. Uno de estos experimentos es Opera, que el pasado mes de septiembre detectó neutrinos que aparentemente viajan a una velocidad ligeramente superior a la de la luz.
Los neutrinos se producen de varias formas, como en procesos de fusión en el interior el Sol y por los rayos cósmicos que bombardean la atmósfera. Double Chooz mide las oscilaciones de neutrinos observando antineutrinos que se producen en el reactor nuclear de Chooz, cerca de las Ardenas francesas, con una precisión sin precedentes. Doble Chooz comenzó a tomar datos hace seis meses.
Los tres diferentes tipos de neutrinos están relacionados con sus correspondientes leptones cargados asociados: el electrón, el muón y el tau. Las oscilaciones se describen mediante tres parámetros conocidos como “ángulos de mezcla”, dos de los cuales han sido ya medidos. El tercer ángulo, conocido como “theta 13” (θ13), contrariamente a los otros dos, es pequeño, y hasta la fecha solamente se ha podido establecer un límite superior a su valor. La medida de la “desaparición” de antineutrinos electrónicos presentada por Double Chooz se corresponde con el siguiente valor de la oscilación asociada al tercer ángulo: sin2(2θ13) = 0.085 ± 0.051. La probabilidad que se obtiene de que no haya oscilación es de solamente el 7,9 %.
La medición del último ángulo mezcla es crucial para futuros experimentos destinados a medir la diferencia entre las oscilaciones de neutrinos y antineutrinos. Por otra parte, se relaciona indirectamente con el origen de la asimetría entre materia y antimateria en el Universo, que explicaría por qué todo lo que vemos está compuesto de materia y no de antimateria. En junio de 2011 otros experimentos informaron de los primeros indicios de la oscilación de neutrinos del muón a neutrinos electrónicos, relacionados con este tercer ángulo de mezcla. Double Chooz, al medir la "desaparición" de antineutrinos electrónicos, presenta pruebas complementarias e importantes de la oscilación incluyendo el tercer ángulo de mezcla.
Doble Chooz utiliza un detector situado a 1 kilómetro de los núcleos del reactor nuclear. La precisión de la medición aumentará con la entrada en operación en 2012 de un segundo detector situado a 400 metros del reactor. En estas distancias no se espera una transformación significativa en los neutrinos, pero al combinar los resultados de ambos detectores el ángulo de mezcla se podrá determinar con una precisión mayor.
El centro del detector se compone de 10 metros cúbicos de líquido centelleador desarrollado para este experimento. Este líquido se “dopa” con gadolinio con el fin de marcar los neutrones procedentes de las desintegraciones beta inversa inducidas por los antineutrinos emitidos por el reactor. El centro del detector está rodeado por capas de otros líquidos para protegerlo de otras partículas y de la radioactividad medioambiental, y es observado por 390 fotomultiplicadores que convierten las interacciones en señales eléctricas. Estas señales se procesadas ??en un sistema de adquisición de datos listo para operar los próximos cinco años.
Participación española
Double Chooz es una colaboración compuesta por 35 universidades y centros de investigación de Brasil, Reino Unido, Francia, Alemania, Japón, Rusia, España y los EE.UU. Por parte española, un grupo de investigadores del Departamento de Investigación Básica del CIEMAT, Organismo Público de Investigación adscrito al Ministerio de Ciencia e Innovación, ha participado en la fase de diseño, construcción y puesta a punto de este detector. La actividad del grupo del CIEMAT se ha centrado en el sistema de fotomultiplicadores, su caracterización y calibración, la implementación de su blindaje para minimizar efectos de campo magnético, el diseño y construcción de sus elementos mecánicos de fijación al detector y el desarrollo de diversos componentes electrónicos del sistema de “read-out” y de alta tensión. La participación española en Double Chooz cuenta con el apoyo del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider-Ingenio 2010.
Neutrinos para la paz
La física de neutrinos ha sido en los últimos 50 años una de las áreas más fructíferas en la física de partículas: cinco Premios Nobel han sido concedidos por descubrimientos relacionados con el neutrino. La puesta en marcha de nuevos detectores como Double Chooz asegura que continuará siéndolo. Pero los experimentos con neutrinos no se reducen sólo a la investigación básica: un grupo de científicos de Double Chooz se ha propuesto utilizar los principios desarrollados en la detección de neutrinos de centrales nucleares para elaborar un instrumento que pueda utilizarse para detectar programas nucleares al margen de los tratados internacionales. La Agencia Internacional de la Energía Atómica ha mostrado su interés en este tipo de iniciativas, entre las cuales una de las más avanzadas es la del detector Nucifer.
