Los neutrinos son una de las partículas más esquivas conocidas por la ciencia y a menudo se les llama “partículas fantasma” porque rara vez interactúan con la materia. Trillones pasan por cada individuo cada segundo sin dejar rastro. Estas partículas se producen durante reacciones nucleares, incluidas las que se encuentran en el interior del Sol. Sus interacciones extremadamente débiles hacen que su estudio sea excepcionalmente difícil. Se ha demostrado que sólo unos pocos materiales responden a los neutrinos solares. Los científicos ahora han agregado otro a esa breve lista al observar neutrinos que convierten átomos de carbono en nitrógeno dentro de un detector subterráneo gigante.
El logro proviene de un proyecto dirigido por investigadores de Oxford que utilizan el detector SNO+, que se encuentra a dos kilómetros bajo tierra en SNOLAB en Sudbury, Canadá. SNOLAB opera dentro de una mina activa y proporciona el blindaje necesario para bloquear los rayos cósmicos y la radiación de fondo que de otro modo abrumarían las delicadas mediciones de neutrinos.
Capturando un raro destello de dos partes a partir de carbono-13
El equipo de investigación se centró en detectar los momentos en los que un neutrino de alta energía choca contra un núcleo de carbono-13 y lo convierte en nitrógeno-13, una forma radiactiva de nitrógeno que se desintegra al cabo de unos diez minutos. Para identificar estos eventos, se basaron en una técnica de “coincidencia retardada” que busca dos estallidos de luz relacionados: el primero de un neutrino que golpea el núcleo de carbono-13 y el segundo de la desintegración del nitrógeno-13 unos minutos después. Esta señal emparejada permite distinguir con confianza los verdaderos eventos de neutrinos del ruido de fondo.
En un lapso de 231 días, desde el 4 de mayo de 2022 hasta el 29 de junio de 2023, el detector registró 5,6 eventos de este tipo. Esto coincide con las expectativas, que predijeron 4,7 eventos debidos a neutrinos solares durante este período.
Una nueva ventana a cómo funciona el universo
Los neutrinos se comportan de maneras inusuales y son clave para comprender cómo funcionan, cómo se produce la fusión nuclear y cómo evoluciona el universo. Los investigadores dicen que esta nueva medición abre oportunidades para futuros estudios de otras interacciones de neutrinos de baja energía.
El autor principal, Gulliver Milton, estudiante de doctorado en el Departamento de Física de la Universidad de Oxford, dijo: “Capturar esta interacción es un logro notable. A pesar de la rareza del isótopo de carbono, pudimos observar su interacción con los neutrinos, que nacieron en el centro del Sol y viajaron grandes distancias para llegar a nuestros detectores”.
El coautor, el profesor Steven Biller (Departamento de Física de la Universidad de Oxford), añadió: “Los neutrinos solares han sido un tema de estudio fascinante durante muchos años, y nuestro experimento predecesor, su medición por SNO, nos llevó al Premio Nobel de Física de 2015. Es notable que ahora entendamos tanto que podemos hacer mucho más progreso que usarlos en el Sol. Es la primera vez que se han ‘examinado’ para estudiar otro tipo de reacción nuclear poco común. haz!
Aprovechar el legado de SNO y avanzar en la investigación de neutrinos
SNO+ es el sucesor del experimento SNO anterior, que demostró que los neutrinos cambian entre tres formas conocidas como neutrinos electrónicos, muónicos y tau a medida que viajan desde el Sol a la Tierra. Según Christine Krause, científica del personal de SNOLAB, los hallazgos de Arthur B. Key en SNO, dirigidos por McDonald, resolvieron el antiguo problema de los neutrinos solares y contribuyeron al Premio Nobel de Física de 2015. Estos hallazgos allanaron el camino para investigaciones más profundas sobre cómo se comportan los neutrinos y su importancia en el universo.
“Este descubrimiento utiliza la abundancia natural de carbono-13 en el centelleador líquido de prueba para medir una interacción rara y específica”, dijo Krause. “Hasta donde sabemos, estos resultados representan las observaciones de energía más baja de las interacciones de neutrinos en núcleos de carbono-13 y, por lo tanto, proporcionan las primeras mediciones directas de sección transversal para esta reacción nuclear específica en el estado fundamental de los núcleos de nitrógeno-13”.
