Participación española en el mayor experimento sobre neutrinos de Estados Unidos

Esquema del experimento DUNE
Esquema del experimento DUNE

Cuatro instituciones científicas españolas participan en el mayor experimento sobre neutrinos de Estados Unidos. El CIEMAT, el Instituto de Física Teórica (IFT, UAM-CSIC), el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) y el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) forman parte de un proyecto que ha comenzado, en Dakota del Sur, con el inicio de la excavación de la instalación que acogerá estos trabajos.

Se trata del experimento internacional DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), que será construido y operado por un millar de científicos e ingenieros de 30 países, entre ellos España. Cuando esté finalizada la instalación Long-Baseline Neutrino Facility (LBNF), será el mayor experimento construido en Estados Unidos para estudiar las propiedades de las partículas llamadas neutrinos. Desvelar sus misterios podría ayudar a explicar mejor cómo funciona el Universo y por qué existe la materia.

Campo de investigación
El laboratorio Fermilab, situado a las afueras de Chicago, producirá un haz de neutrinos y lo enviará a 1.300 kilómetros a través de la Tierra hasta SURF, donde se construirán cuatro grandes detectores de una altura de cuatro pisos y 70.000 toneladas de argón líquido bajo la superficie para atrapar estos neutrinos.

Los científicos estudiarán las interacciones de los neutrinos en los detectores, para entender mejor los cambios que sufren estas partículas cuando viajan de un punto a otro en un abrir y cerrar de ojos.

También buscarán diferencias en el comportamiento entre los neutrinos y sus réplicas de antimateria, los antineutrinos, lo que nos podría dar pistas sobre por qué vivimos en un Universo dominado por la materia. Del mismo modo, se observarán los neutrinos producidos en las explosiones estelares, lo que revelaría la formación de estrellas de neutrones y agujeros negros. E incluso se investigará si los protones viven para siempre o se desintegran eventualmente en otras partículas, acercándonos a la realización del sueño de Einstein: la Teoría de la Gran Unificación.

Paso a paso
Pero antes de esto, se tiene que construir la instalación, algo que ocurrirá en la próxima década. Los operarios comenzarán la construcción excavando más de 870.000 toneladas de rocas para crear las enormes cavernas subterráneas del detector DUNE. Mientras, se construyen grandes prototipos de DUNE en el laboratorio europeo de física de partículas (CERN), uno de los mayores socios del proyecto, y la tecnología desarrollada para estas versiones más pequeñas se probará y ampliará cuando se fabriquen los grandes detectores de DUNE.

Cuatro centros de investigación españoles forman parte de la colaboración científica del experimento DUNE. Sus contribuciones abarcan tanto el diseño y la construcción del experimento, en particular de los detectores que se instalarán en SURF, como los estudios para optimizar la explotación científica del experimento. Un paso previo y crucial a la construcción de estos detectores en SURF es fabricar prototipos para probar la tecnología.

Esta tarea, donde las instituciones españolas también participan, se lleva a cabo en el CERN con la construcción de dos grandes prototipos, llamados ProtoDUNE single phase o ProtoDUNE fase única (ProtoDUNE-SP) y ProtoDUNE dual phase o ProtoDUNE doble fase (ProtoDUNE-DP), que se probarán con haces de partículas cargadas a partir de 2018.

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