Neutrinos Experimento de Daya Bay, China

Se preguntarán… ¿Qué son los neutrinos?

En la naturaleza existen partículas y antipartículas (se puede interpretar como materia y antimateria). En el caso de los neutrinos unas partículas muy pequeñas del orden aproximado, dato de referencia de m=5,5 eV/c² que es como se mide la masa en reposo de estas partículas usando la famosísima ecuación de Einstein de E=mc² (simplemente se despeja la masa).  Un protón p+ tiene una masa m= 1 GeV/c². ¡Mil millones más masivo! O sea, que un neutrino es una partícula muy pequeña que hasta una década atrás no se podía asegurar que tuviera masa. Hasta que completaron un descubrimiento sobre la transición de neutrinos… Proceso conocido como “Oscilación de Neutrinos”. Que consta de una transformación de un tipo o sabores de neutrino a otro de los tres tipos que conocemos. ѵe, ѵµ, ѵt.

Y sus antipartículas que se simbolizan igual, pero con un segmento arriba.

Y sus respectivas masas son 2 eV/ c², 190 keV/ c², 18,2 MeV/c². La de sus antipartículas similares. Entonces el primero se llama Neutrino Electrónico, Neutrino Muónico, y el último Neutrino Tauónico. Existen varios procesos físicos de transformación que podríamos mencionar  de los neutrinos con interacción con otras partículas, pero vamos a uno básico. Este proceso sucede en el Sol o en las Centrales Nucleares.

Proceso de desintegración de un n = p + e + anti v.

Un neutrón se desintegra en = un protón + un electrón + antineutrino electrónico.

Esta transformación que se da en los neutrones n0, también se da en los neutrinos ѵ. 1/3 del tiempo son neutrinos electrónicos, 1/3 de tiempo de viaje son neutrinos muónicos y 1/3 del viaje son neutrinos tauónicos. La misma partícula cambiando de sabor y masa!!! Y esta es una propiedad de las partículas con masa!!! Podemos decir que debido a la pequeñita masa del neutrino viaja en el espacio a velocidades muy próximas a la de la luz “c” aproximadamente (300.000 km/seg). Y otra propiedad de esta partícula es que no interacciona casi con nada!!! O sea, pasa atravesando nuestro cuerpo y la tierra como si fuéramos una gran red de pesca que no los atrapa!!!

Ahora ¿Cómo se los detecta?

Un átomo de Cloro (piletas con un compuesto acuoso cerradas en minas a mucha profundidad) interacciona + neutrino electrónico = y da por resultado un átomo de Argón + un electrón!!! 

Cl + Ve = Ar + e

Cloro 37 + neutrino electrónico es, (este igual interpretar como una transformación química, gracias), = Da un Argón 37 + un electrón.

Tanto este método, como el método de efecto Cherenkov, tiene detectores de radiación. Pero no vamos a profundizar más en esta tecnología por ahora.

Hasta el momento era importante su detección porque los científicos que estudian estos procesos podían calcular entre otros eventos… La vida media de nuestro Sol o mediciones sobre fenómenos en Supernovas o la radiación cósmica de fondo, todos temas para próximas ediciones…

¿Por qué hablo de ellos?

Pues bien, como editor de este Periódico me puse como desafío llevar a todos los lectores, conocimientos de los que muchas veces tendrían que pagar para adquirirlos, sobre todo si buscan en bibliografías de revistas de publicación científica extranjeras. Y porque es importante conocer el universo que nos rodea. Difundiendo los descubrimientos más importantes que surgen de la necesidad que tenemos los seres humanos sobre los enigmas de la naturaleza. En la búsqueda de esa información útil, unos meses atrás nos topamos con un descubrimiento de un grupo mixto (multinacional) con asiento en China. En mi humilde criterio por la trascendencia del experimento me pareció uno de los más espectaculares del momento.

Introducción: Hace mucho tiempo se venía especulando. ¿Por qué en el Universo hay más materia que antimateria? Hoy en día si creamos una partícula en un laboratorio podemos crear su antipartícula… Pero cuando estas dos colisionan, se extinguen mutuamente.

 Si se topan un electrón e^- y su antipartícula un positrón β⁺ estos se aniquilan emitiendo dos fotones (masa en reposo= 0 cero) (2Ɣ) a modo de radiación que se puede detectar. En el Universo se detecta una radiación de fondo, un rastro de esa aniquilación de materia y antimateria.  Casi similar en el caso de neutrinos  es el proceso de aniquilación de materia y antimateria.

En el caso del Universo esa radiación de fondo  tiene características de radiación de cuerpo negro a una temperatura de 2,725 K (muy frio) y su frecuencia pertenece al rango de las microondas con una frecuencia de 160,2 GHz, correspondiéndose con una longitud de onda de 1,9 mm.

Entonces por qué en el universo tenemos más materia que antimateria??? Qué pasó con la antimateria??? O lo que nosotros llamamos antimateria… Puede ser a la inversa!!!

Cuando el Big Bang dió inicio al Universo conocido surge materia y antimateria en iguales proporciones. Parte de la antimateria se aniquiló con la materia, pero quedó un resto que hoy vemos cuando miramos por un telescopio!!! O si solo nos sentamos a meditar mirando las estrellas a la noche!!! Esos puntitos de luz en el cielo… O la misma materia de la que nosotros somos parte.

¿De qué se trata el experimento de Daya Bay  en China?

Les  edito y simplifico un Post de un amigo de twitter “Stan Marsh” (Argentino) (@RTFM_) que trabaja en la Univ. de  Bloomington, Indiana (USA) y su Blogs: http://conexioncausal.wordpress.com

Ubicado en el sur de China, Daya Bay con sus seis reactores nucleares, comparado con los dos reactores de Double Chooz (Europa), posibilita la toma de datos en un tiempo mucho menor. Además Daya Bay posee varios detectores distribuidos a diferentes distancias de los reactores nucleares, lo que permite mediciones mucho más precisas que los dos detectores de Double Chooz (de los cuales sólo uno está terminado y en funcionamiento). Daya Bay es una colaboración internacional que incluye cerca de 250 físicos de China, Estados Unidos, República Checa, y Rusia.

Las reacciones en un reactor nuclear producen alrededor de 1013 antineutrinos por centímetro cuadrado cada segundo, un flujo enorme que permite medir sus propiedades, así como en 1956 permitió el descubrimiento del neutrino, lo que valió en 1995 el Premio Nobel a Frederick Reines, quien junto a Clyde Cowan desarrollaron el llamado Proyecto Poltergeist para detectar al fantasmal neutrino por primera vez.

El resultado de Daya Bay: antineutrinos electrónicos provenientes de reactores nucleares oscilan luego de propagarse 1.7 km, con una significancia estadística de, por lo que Daya Bay declara sus resultados un descubrimiento! (discutimos la diferencia entre evidencia y descubrimiento, así como el significado de la significancia estadística en este post).

Oscilaciones de neutrinos:

Una planta nuclear produce antineutrinos electrónicos en el caso del experimento Daya Bay. Los científicos en este experimento lo que hacen es situar detectores a diferentes distancias, lo que les permite medir cuántos antineutrinos electrónicos sobreviven el viaje desde el reactor. Observando un gráfico de Daya Bay muestra que luego 1.7 km se ha perdido casi 10% del sabor original. Los físicos llaman a esto un experimento de desaparición de neutrinos.

Importancia de este resultado: posible violación CP (Simetría C y Simetría P Teoría…) y contradicción con el Modelo Estándar de la Física (explicación de ME para la próxima)… Una contradicción de tantas en realidad…

O sea, en resumen súper sintético… Si un 10% de antineutrinos electrónicos desaparece antes… No va a colisionar con su par de neutrinos electrónicos. Y esta mínima diferencia es importante para una fábrica como el universo!!!

También hay que reconocer el trabajo de James Watson Cronin (nacido en Chicago, Físico de USA) por un experimento realizado en 1964, que prueba que ciertas reacciones subatómicas no adhieren a los principios fundamentales de la simetría. Especialmente probaron, analizando el decaimiento de kaones (mesones K), que reacciones hechas en sentido inverso no siguen la misma trayectoria que la reacción original, lo que mostró que las interacciones de las partículas subatómicas no son independientes del tiempo. Así fue descubierto el fenómeno de la violación CP. Por lo que le valió un premio Nobel de Física en 1980.

Con sólo 55 días recolectando datos, Daya Bay ha ganado la carrera en la que cinco equipos internacionales han tratado de generar mediciones, pero q Bay lo logra con una certeza de probabilidad de 5,2 sigmas (99.99995%), el resto (Double Chooz, MINOS, RENO, y T2K). RENO midió en 4,9 sigmas y fue el segundo laboratorio que confirmó.

Además, mientras muchos experimentos verifican lo bien que funciona el modelo estándar. Por el momento la física de neutrinos ya está haciendo mediciones más allá del Modelo Estándar.