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| Los miembros de la colaboración internacional MINERvA, incluidos investigadores de la Universidad de Rochester, utilizaron un acelerador de partículas en Fermilab, una parte del cual se muestra en una imagen estilizada arriba, para crear un haz de neutrinos para investigar la estructura de los protones. El trabajo fue parte del experimento MINERvA, un experimento de física de partículas para estudiar neutrinos. Crédito: Reidar Hahn/Fermilab |
A pesar de ser una de las partículas más abundantes de nuestro universo, los neutrinos son notoriamente difíciles de detectar y estudiar. Esto se debe a que carecen de carga eléctrica y masa. De ahí que se les denomine "partículas fantasma", ya que rara vez interactúan con los átomos. Pero podrían servir para responder a preguntas fundamentales sobre el universo.
Por primera vez, científicos de la Universidad de Rochester- científicos de la colaboración internacional MINERvA, han investigado la estructura de los protones utilizando estas partículas fantasma. En concreto, utilizaron un haz de neutrinos del Fermilab para examinar la estructura de los protones.
Tejin Cai, primer autor del artículo, afirma: "Al principio no estábamos seguros de si funcionaría, pero al final descubrimos que podíamos utilizar neutrinos para medir la forma y el tamaño de los protones que componen los núcleos de los átomos. Es como utilizar una regla fantasma para hacer una medición".
La primera medición del tamaño de un protón se realizó en la década de 1950. En aquella época, los científicos utilizaban un acelerador con haces de electrones en las instalaciones del acelerador lineal de la Universidad de Stanford. Sin embargo, el nuevo método de los científicos utiliza haces de neutrinos en lugar de haces de electrones acelerados. Este nuevo método proporciona a los científicos más información sobre la interacción de los neutrinos y los protones.
Kevin S. McFarland, catedrático de Física Dr. Steven Chu en Rochester, declaró: "Al utilizar nuestra nueva medición para mejorar nuestra comprensión de estos efectos nucleares, podremos realizar mejor futuras mediciones de las propiedades de los neutrinos."
Normalmente, los científicos utilizan sólo átomos de hidrógeno en los experimentos para medir protones. Pero un blanco de hidrógeno puro no sería lo suficientemente denso como para que suficientes neutrinos interaccionaran con los átomos. Por ello, los científicos de este estudio realizaron un truco químico uniendo el hidrógeno en moléculas de hidrocarburo que lo hacen capaz de detectar partículas subatómicas.
El grupo MINERvA realizó sus experimentos utilizando un acelerador de partículas de alta potencia y energía situado en el Fermilab. El acelerador produce la fuente de neutrinos de alta energía más potente del planeta.
Los científicos golpearon su detector hecho de átomos de hidrógeno y carbono con el haz de neutrinos y registraron datos durante casi nueve años de funcionamiento. Hay que eliminar el "ruido" de fondo de los átomos de carbono para centrarse únicamente en la información de los átomos de hidrógeno.
Según Cai, "el hidrógeno y el carbono están unidos químicamente, por lo que el detector ve las interacciones de ambos a la vez. Me di cuenta de que una técnica que estaba utilizando para estudiar las interacciones en el carbono también podía utilizarse para ver el hidrógeno por sí solo una vez que se sustraen las interacciones del carbono. Gran parte de nuestro trabajo consistía en sustraer el gran fondo de neutrinos que se dispersan en los protones del núcleo de carbono".
Deborah Harris, profesora de la Universidad de York y coportavoz de MINERvA, declaró: "Cuando propusimos MINERvA, nunca pensamos que podríamos extraer medidas del hidrógeno del detector. Conseguirlo requirió un gran rendimiento del detector, análisis creativos por parte de los científicos y años de funcionamiento" del acelerador en Fermilab."
Según Cai, "el resultado del análisis y las nuevas técnicas desarrolladas ponen de manifiesto la importancia de la creatividad y la colaboración a la hora de comprender los datos. Aunque muchos de los componentes del análisis ya existían, juntarlos de la forma correcta marcó la diferencia, y esto no puede hacerse sin que expertos con distintas formaciones técnicas compartan sus conocimientos para que el experimento sea un éxito."
Fuentes, créditos y referencias: