Al analizar los datos recopilados hace más de ocho años, los científicos del Laboratorio Nacional Argonne y del Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi del Departamento de Energía de EE. UU. DOE han hecho un descubrimiento potencialmente innovador
En 2002, los científicos comenzaron el Experimento Booster Neutrino, conocido como MiniBooNE, en Fermilab para aprender más sobre cómo los neutrinos, partículas fundamentales muy ligeras y neutras, interactúan con la materia. Los científicos recientemente reexaminaron los datos del experimento realizado entre 2009 y 2011, y encontraron la primera evidencia directa de neutrinos monoenergéticos, o neutrinos con energía definida, que son lo suficientemente energéticos como para producir un muón.
Los neutrinos son extremadamente ligeros y solo están influenciados por la fuerza subatómica débil, por lo que rara vez interactúan con la materia. De hecho, podrían viajar a través de años luz de plomo antes de interactuar con él. Las partículas son muy difíciles de detectar, pero nodifícil de crear. Debido a la elusividad del neutrino, los científicos tienen que trabajar con haces compuestos por un gran número de partículas. Disparan los haces a los núcleos en un detector, con la esperanza de que los neutrinos choquen con el material objetivo.
"Una complicación del uso de estos haces grandes es que las energías de los neutrinos son muy variadas y algo impredecibles", dijo el físico de Argonne Joe Grange, uno de los científicos que ayudó a descubrir los neutrinos monoenergéticos ". Esto hace que sea completamente difícilinterpretar los datos "
El nuevo descubrimiento podría ayudar a los experimentadores a resolver este problema. Los científicos se dieron cuenta de que se estaban liberando neutrinos monoenergéticos desde una línea de luz de neutrinos cercana en Fermilab, y decidieron mirar los datos de MiniBooNE para ver si alguno de estos neutrinos se detectó duranteese experimento
Efectivamente, el análisis de los datos de MiniBooNE mostró evidencia de miles de colisiones de núcleos de neutrinos donde todos los neutrinos comenzaron con la misma energía, 236 mega-electron-voltios MeV. Durante el experimento MiniBooNE, se crearon partículas llamadas kaons enun absorbedor de protones de otro experimento se descompuso en partículas llamadas muones y neutrinos de muón. Los neutrinos de muón luego viajaron al detector MiniBooNE. Debido a que los kaones estaban en reposo cuando se descompusieron, y debido a que se descompusieron en solo dos partículas, todos los neutrinos tenían el mismocantidad de energía inicial antes de colisionar con los núcleos en el detector MiniBooNE.
La descomposición de un kaon es una reacción bien conocida. "Con este descubrimiento, podemos mejorar nuestra comprensión de cómo interactúan los neutrinos con la materia y también planificar futuros experimentos que puedan aprovechar esta interacción para la búsqueda de nuevos procesos físicos".dijo Grange. Canalizar esta descomposición como una fuente de neutrinos para experimentos eliminaría la incertidumbre de las energías de los neutrinos, haciendo que los análisis sean más simples y potencialmente más esclarecedores.
Además de inspirar configuraciones experimentales futuras, los datos también están ayudando a los científicos a aprender sobre el comportamiento de los núcleos cuando son bombardeados con neutrinos y pueden ayudarlos a refinar modelos de las interacciones. Cuando un neutrino muón colisiona con un núcleo en un detector, unel muón que tiene una variedad de energías diferentes puede aparecer. Es este espectro de energías posibles de los nuevos muones que los científicos observaron directamente en este estudio, y habla de la forma en que el neutrino transfiere energía al núcleo al contacto.
"Se ha trabajado mucho disparando electrones a los núcleos y viendo cómo se comportan electromagnéticamente", dijo Grange. "Pero se ha trabajado menos para ver cómo los neutrinos interactúan débilmente debido a lo difícil que es trabajar con los neutrinos".
El aspecto experimental de este descubrimiento también podría ayudar a los científicos a buscar el neutrino estéril teorizado, un neutrino que solo interactúa a través de la fuerza gravitacional y no la fuerza débil. Un experimento de mediados de la década de 1990 en el Laboratorio Nacional de Los Alamos del DOE arrojó datos de neutrinos que fueronincompatible con los datos de un experimento separado en el laboratorio europeo CERN, y esa discrepancia podría explicarse por la existencia de esta partícula "fantasma".
El objetivo original del experimento MiniBooNE era confirmar o refutar la existencia de neutrinos estériles. Aunque el experimento puede terminar sin ser concluyente, el nuevo descubrimiento a partir de la profundidad de sus datos podría ayudar a los futuros experimentadores a detectar su existencia. Los científicos ya están trabajandohacia experimentos que usarán neutrinos de esta desintegración específica de kaon para buscar neutrinos estériles.
"Es una bonita historia sobre cómo pasaron casi cinco años antes de que nos diéramos cuenta de que había algo importante en los datos", dijo Grange. "La moraleja de la historia es mantener todos los datos y seguir pensando en qué otra información hayallí que aún no has extraído "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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