El experimento T2K – ¿Dónde está la antimateria?

Se ha construido un detector de 450 000 kilos en la Universidad de Warwick como parte de un experimento vital para investigar partículas fundamentales – los neutrinos. El experimento tiene como objetivo medir los neutrinos al inicio de su viaje y de nuevo al final tras 300 kilómetros para ver cómo han cambiado. Comprender los neutrinos nos dirá más sobre la física del universo y ayudará a explicar por qué el universo está hecho de materia en lugar de antimateria.

Esquema de T2K


El Profesor Asociado, Dr. Gary Barker dijo que: “Se cree que en el Big Bang que creó el universo se formaron las mismas cantidades de materia y antimateria, pero está claro que todo lo que observamos hoy está hecho de materia, por lo que la pregunta es, ¿dónde ha ido la antimateria?”.

50 billones de neutrinos procedentes del Sol pasan a través de nosotros cada segundo, pero de la misma forma que no los notamos, para los científicos es difícil detectarlos. El experimento T2K genera su propio rayo de neutrinos en lugar de depender de los que proceden del Sol.

El detector, construido en Warwick, se ha instalado en la costa este en Japón en J-PARC. Aquí, los científicos acelerarán protones hacia un objetivo y los usarán para producir un rayo de neutrinos. Dispararán un rayo de neutrinos muón a través del detector de Warwick hacia un segundo detector a 300 km en otro laboratorio conocido como Super-KAMIOKANDE en Kamioka y medirán su comportamiento. El experimento espera investigar el fenómeno de las “oscilaciones de neutrino” buscando “neutrinos muón” en los neutrinos electrón”.

Trabajo en Warwick

Hay 62 institutos en 12 países diferentes que contribuyen al experimento T2K. Dentro de esta amplia colaboración, Warwick ha realizado algunas importantes y significativas contribuciones en su construcción, evaluación de calidad, calibración de hardware y análisis de software.

Las responsabilidades de construcción en Warwick incluyen las pruebas de fotosensores y fibras ópticas para todo el detector ND280 y la construcción de los 6 módulos de P0D ECal. Warwick también tuvo una importante contribución en el marco de trabajo del software incluyendo la calibración, seguimiento y paquetes de identificación de partículas.

Esquema de T2K

En la costa este de Japón, el complejo del acelerador nacional J-PARC acelera un rayo de protones a 30GeV sobre un objetivo de grafito, generando mesones los cuales decaen para producir un rayo de neutrinos muón. 280 metros más abajo está el detector cercano ND280. Su tarea es medir el flujo inicial del rayo y hacer medidas críticas de corte transversal de la interacción de neutrinos.

El detector lejano de T2K está situado a 295 km al oeste de J-PARC, cerca de Kamioka: Super-Kamiokande es un detector Cherenkov de agua de 50 toneladas que medira los flujos de neutrinos muón y electrón tras las oscilaciones. Ambos detectores están situados a 2,5º del eje del rayo para dar un espectro de energía más definido que los rayos convencionales sobre el eje.

Objetivos físicos de T2K

El objetivo primario de T2K es una medida θ13 a través de un análisis de apariencia de ve, además de mejorar los actuales valores de Δm223 y θ23 a partir de la desaparición de vμ. Haciendo esto, T2K también hará una importante contribución al actual conocimiento mundial de los cortes transversales neutrino-nucleón.



Fecha Original: 22 de enero de 2010
Enlace Original

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Comments (12)

  1. “50 billones de neutrones procedentes del Sol pasan a través de nosotros cada segundo”
    Pues eso tiene que doler,no?

  2. Homo Sapiens

    “50 billones de neutrones procedentes del Sol pasan a través de nosotros cada segundo, pero de la misma forma que no los notamos”

    No serán neutrinos????

  3. Fer137

    ¿Donde está la antimateria a la que se refieren con “¿Donde esta la antimateria?” ?

  4. Sagutxo

    A parte de la errata de traducción de los neutrones en vez de neutrinos (si nos atravesaran todos esos NEUTRONES estiraríamos la pata pero ya ! :D ) también he pillado este otro gazapo: “a partir de la desapración de vμ”. Debe ser desaparación no? Al menos en el enlace original en inglés es así.

    No es de extrañar porque hoy el amigo Kanijo se ha lucido y nos ha dejado un montón de noticias nuevas, pegandose un trabajo de traducción impresionante para que nosotros lo disfrutemos el fin de semana.

    Gracias Kanijo !!! :-)

    SalU2

  5. Por lo que me han dicho, conozco a uno que participa en T2K que de hecho mañana sale ya para Japón, van a empezar a hacer las primeras pruebas a principios de Febrero, y lo tendrán a pleno funcionamiento el año que viene. Ha tenido algo de retraso, aunque bueno, pensaban ponerlo en diciembre de 2009…

    Por lo que me han explicado, lo que más les interesa es mejorar las medidas existentes, de la oscilación den eutrinos, antes que sacar de nuevas. Aunque supongo que habrá más aplicaciones que eso.

    La física de neutrinos siempre me ha parecido la mar de interesante!!

  6. El neutrino siempre será un objeto interesante para estudiar y, desde que fue postulado en 1931 para explicar la energía “perdida” en la desintegración beta, fue identificado de forma tentativa en 1953 y, más definitivamente, en 1956. Los neutrinos, como dicen los físicos, no tienen carga y se piensa que tienen masa en reposo nula y viajan a la velocidad de la luz. En algunas teorías de gran unificación se predice que tienen masa no nula, pero no hay evidencia concluyente para esto.

    Cuando hablamos de neutrinos, no puedo dejar de pensar en el hecho de que, el actual Modelo estándar de la física tiene frente dos direcciones a lo largo de las cuales se podría extender y que serían:

    -Nuevas partículas raras y nuevas fuerzas extremadamente débiles, y
    -Nuevas partículas pesadas y nuevas estructuras a muy altas energías.

    Podrían existir partículas muy difíciles de producir y de detectar y que, por esa razón, hayan pasado desapercibidas hasta ahora. Las partículas que interactuasen fuertemente con alguna de las partículas conocidas no podrían ocultar su presencia. De acuerdo con las leyes de prohibición de la teoría cuántica de partículas, tales partículas frecuentemente se producirían bien unitariamente o en pares de partícula-antipartícula; la única manera de que esto no ocurra es que sus masas sean muy grandes, pero eso sería del segundo supuesto.

    Delatarian su presencia en los choques contra partículas en un detector. Las únicas partículas ligeras que pueden evitar ser detectadas son las que ejercen fuerzas muy pequeñas sobre todas las especies de partículas conocidas.

    La primera partícula adicional en la que podríamos pensar es un neutrino rotando a derechas. Hay que recordar aquí que si se toma el eje de rotación paralelo a la dirección del movimiento, los neutrinos sólo rotan a izquierdas (los antineutrinos rotan a derechas). Desde un punto de vista matemático no hay ninguna objeción a esto, pero es de alguna forma poco estético. Después de todo, en cada generación de partículas hay, además de leptones, también quarks y todos pueden rotar a derechas. Decimos que los quarks lo mismo que los leptones cargados, tienen componentes de helicidad a derechas. Supongamos ahora que los neutrinos también tengan componentes a derechas. Como entonces el movimiento rotacional ya no está acoplado con movimientos lineales, los neutrinos en este caso pueden tener una masa (la justificación matemática para la mencionada relación entre espín y masa no es fácil de explicar).

    Los neutrinos siempre se han manifestado como si tuvieran masa estrictamente nula. Parece como si se movieran exactamente con la velocidad de la luz. Pero hay un límite para la precisión de nuestras medidas. Si los neutrinos fueran muy ligeros, por ejemplo, una cienmillonésima parte de la masa del electrón, seríamos incapaces de detectar en el laboratorio la diferencia entre estos y los neutrinos de masa estrictamente nula. Pero, como digo, para ello el neutrino tendría que poseer una componente a derechas.

    En este punto los astrónomos se unen a la discusión. No es la primera vez ni será la última, que la astronomía nos proporciona información esencial en relación con las partículas elementales. Por ejemplo, debido a las interacciones de corriente neutra (las interacciones débiles originadas por un intercambio Zº), los neutrinos son un factor crucial en la explosión supernova de una estrella.

    Cuando no se sabía nada de la corriente neutra, se pensó que los neutrinos producidos durante la explosión podrían escapar libremente de la estrella. Ahora, sin embargo, sabemos que debido a las interacciones por corriente neutra, pueden colisionar con las capas exteriores de la estrella y volarlas con una fuerza tremenda. La hipótesis de la corriente neutra quedaba así respaldada por esta nueva teoría de la supernova mucho antes de que se descubriera la partícula Zº.

    Durante más de dos décadas los astrónomos han estado llamando la atención sobre una pequeña y persistente discrepancia en su “modelo estándar”: la teoría del interior del Sol. El Sol es un gigantesco reactor nuclear. Debido a que está tan cerca de nosotros (comparado con las demáas estrellas) se han podido realizar muchas medidas, que han dado lugar a la determinación de su composición química, masa y temperatura. Pero, como siempre me pasa, me desvío del tema principal que nson los neutrinos.

    Los astrónomos nos aseguran que todos estos hallazgos coinciden bellamente. Sin embargo una cosa no concuerda con el resto de la teoría. Varias reacciones nucleares que tienen lugar en el interior del Sol deberían también producir neutrinos. Deberían ser fundamentalmente neutrinos de tipo electrónico porque los otros sólo se podrían producir junto con muones y taus, y para ello la energía de las partículas en el Sol no es suficientemente alta. Muchos son los experimentos llevados a cabo para detectar los neutrinos solares. Estas medidas eran difíciles debido a la pasividad de los neutrinos. Finalmente y después de un gran esfuerzo, tuvieron éxito, pero el flujo de neutrinos procedentes del Sol resultó ser mucho menor del esperado. Muchos son los intentos por entender esta discrepancia que, de momento, nadie ha sabido explicar.

    Claro que, cada día se inventan nuevos aparatos para tratar de “medir” y “pesar” a los esquivos neutrinos. Los investigadores ahora están todos de acuerdo en la magnitud de la discrepancia: hay como mínimo tres veces menos neutrinos de los que debería haber. Por lo tanto, algo está mal en nuestros modelos.

    ¿Qué tiene que ver todo esto con la masa de los neutrinos? Bien, un neutrino con masa podría sufrir una transición a otros tipos de neutrinos. La situación es comparable con la descripción de los mesones K, pero de alguna manera más compleja. Si los neutrinos electrónicos se pudieran transformar en neutrinos muónicos o tau no dejarían una traza en nuestros aparatos detectores, de manera que parecería que hay menos neutrinos. Este fenómeno se conoce como “oscilación de neutrinos”, sólo es posible si los neutrinos no tienen masa nula como ocurre en el modelo estándar.

    Bueno, esto se hace muy largo, y, sólo me queda por decir que los objetivos del T2K vienen a universe a otros anteriores encaminados a saber sobre esas esquivas partículas de las que aún, nos queda mucho por conocer.

  7. Mis pensamientos me llevan de una cosa a otra y, sin que yo mismo pueda evitarlo, me lleva por caminos que no quería tomar antes de empezar a escribir. Así que, de la antimateria me fui a los neutrinos.

    Muchas han sido las investigaciones dirigidas a encontrar la antimateria en nuestro universo pero, nadie la encontró. Lo normal es que sea lo que se piensa y que, por alguna extraña razón desconocida, cuando se produjo el Big Bang y se creó la materia y la antimateria, las cantidades de ambas no eran uniformes y, la bariónica ganaba a su antagonista de tal manera que, cuando en los encuentros de ambas se producía la destrucción, al final sólo nos quedó la materia y, la antimateria fue destruída.

    En el Fermilab se consiguió mediante mediante complicados procedimientos, acumular algunas cantidades de antimateria para luego utilizarla en el acelerador y comprobar lo que resultaba de aquello y poder recrear, de esta manera, lo que ocurrió en aquellos primeros momentos.

    En fin que, la antimateria, si existe en el Universo, ni se ha detectado ni se puede distinguer de la materia normal. Si en el cielo un telescopio pudiera estar apuntando a una estrella de antimateria, el astrónomo no se daría cuenta de ello, ya que, resultaría ser igual que una estrella normal sólo que la carga de las partículas que la conforman sería la contraria a las partículas normales.

    El antiprotón tiene una carga negativa igual en módulo a la positiva del protón. El neutrón y el antineutrón tienen momentos magnéticos con signos opuestos en relación con sus espines. La existencia de antipartículas es predicha por la mecánica cuántica relativista. Así, la antimateria consiste en materia hecha de antipartículas.

    Por ejemplo, el antihidrógeno consiste en un antiprotón con un positrón orbitándo. El antihidrógeno ha sido creado artificalmente en el laboratorio. El espectro del antihidrógeno debería ser idéntico al del hidrógeno. Pero, en lo que nos interesa, parece que el Universo está formado mayoritariamente por materia (ordinaria) y la explicación de la ausencia de grandes cantidades de antimateria debe ser incorporada en modelos cosmológicos que requieren teorías de gran unificación de las partículas elementales.

    Claro que, será difícil frenar la curiosidad del ser humano por saber, y, tanto en el enigma de la antimateria, como en el de la energía y la materia oscura, o, en aquellos otros que anidan en el corazón de las galaxias y aquel que nos habla de los océanos de Higgs y de fluctuaciones del vacío, el ser humano seguirá incansable a la búsqueda de una respuesta que, de alguna manera, nos habrá otra puerta hacia nuevos enigmas que descubrir.

  8. [...] En Ciencia Kanija se publicó un trabajo sobre el tema: El experimento T2K – ¿Dónde está la antimateria? [...]

  9. [...] En Ciencia Kanija se publicó un trabajo sobre el tema: El experimento T2K – ¿Dónde está la antimateria? [...]

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