Detectados neutrinos como los cósmicos en un colisionador de partículas

En una primicia científica, un equipo dirigido por físicos de la Universidad de California, Irvine, ha detectado neutrinos similares a los del cosmos pero creados por un colisionador de partículas.

El descubrimiento promete profundizar la comprensión de los científicos sobre las partículas subatómicas, que se detectaron por primera vez en 1956 y juegan un papel clave en el proceso que hace que las estrellas se quemen.

El trabajo también podría arrojar luz sobre los neutrinos cósmicos que viajan grandes distancias y chocan con la Tierra, proporcionando una ventana a partes distantes del universo.

Es el resultado más reciente del Forward Search Experiment, o FASER, un detector de partículas diseñado y construido por un grupo internacional de físicos e instalado en el CERN, el Consejo Europeo para la Investigación Nuclear en Ginebra, Suiza. Allí, FASER detecta partículas producidas por el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.

"Hemos descubierto neutrinos de una fuente completamente nueva, los colisionadores de partículas, en los que dos haces de partículas chocan entre sí a una energía extremadamente alta", dijo Jonathan Feng, físico de partículas de UC Irvine y coportavoz de FASER Collaboration, quien inició el proyecto que involucra a más de 80 investigadores de una veintena de instituciones asociadas.

Brian Petersen, físico de partículas del CERN, anunció los resultados en la 57ª conferencia Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories en Italia.

Los neutrinos, que fueron co-descubiertos hace casi 70 años por el difunto físico de la UCI y premio Nobel Frederick Reines, son las partículas más abundantes en el cosmos y "fueron muy importantes para establecer el modelo estándar de la física de partículas", dijo Jamie Boyd, un físico de partículas en el CERN y co-portavoz de FASER. "Pero ningún neutrino producido en un colisionador había sido detectado por un experimento".

Desde el innovador trabajo de Reines y otros como Hank Sobel, profesor de física y astronomía de la UCI, la mayoría de los neutrinos estudiados por los físicos han sido neutrinos de baja energía. Pero los neutrinos detectados por FASER son la energía más alta jamás producida en un laboratorio y son similares a los neutrinos que se encuentran cuando las partículas del espacio profundo desencadenan lluvias de partículas dramáticas en nuestra atmósfera.

"Pueden hablarnos sobre el espacio profundo de una manera que no podemos aprender de otra manera", dijo Boyd. "Estos neutrinos de muy alta energía en el LHC son importantes para comprender observaciones realmente emocionantes en astrofísica de partículas".

FASER en sí mismo es nuevo y único entre los experimentos de detección de partículas. A diferencia de otros detectores en el CERN, como ATLAS, que tiene varios pisos de altura y pesa miles de toneladas, FASER pesa aproximadamente una tonelada y cabe perfectamente dentro de un pequeño túnel lateral en el CERN. Y tomó solo unos pocos años diseñarlo y construirlo usando repuestos de otros experimentos.

"Los neutrinos son las únicas partículas conocidas que los experimentos mucho más grandes en el Gran Colisionador de Hadrones no pueden detectar directamente, por lo que la observación exitosa de FASER significa que finalmente se está explotando todo el potencial físico del colisionador", dijo Dave Casper, físico experimental de la UCI.

Más allá de los neutrinos, uno de los otros objetivos principales de FASER es ayudar a identificar las partículas que componen la materia oscura, que los físicos creen que comprende la mayor parte de la materia del universo, pero que nunca han observado directamente.

FASER aún tiene que encontrar signos de materia oscura, pero con el LHC listo para comenzar una nueva ronda de colisiones de partículas en unos pocos meses, el detector está listo para registrar cualquiera que aparezca. "Esperamos ver algunas señales emocionantes", dijo Boyd.