Un equipo que incluye a físicos de la Universidad de Berna ha detectado por primera vez partículas subatómicas llamadas neutrinos creadas por un colisionador de partículas, concretamente en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. El descubrimiento promete profundizar la comprensión de los científicos sobre la naturaleza de los neutrinos, que se encuentran entre las partículas más abundantes del universo y son clave para la solución de la pregunta de por qué hay más materia que antimateria.
Los neutrinos son partículas fundamentales que jugaron un papel importante en la fase temprana del universo. Son clave para aprender más sobre las leyes fundamentales de la naturaleza, incluida la forma en que las partículas adquieren masa y por qué hay más materia que antimateria. A pesar de estar entre las partículas más abundantes del universo, son muy difíciles de detectar porque atraviesan la materia casi sin interacción. Por lo tanto, a menudo se les llama «partículas fantasma».
Los neutrinos se conocen desde hace varias décadas y fueron muy importantes para establecer el modelo estándar de la física de partículas. Pero la mayoría de los neutrinos estudiados por los físicos hasta ahora han sido neutrinos de baja energía. Anteriormente, ningún neutrino producido en un colisionador de partículas había sido detectado por un experimento. Ahora, un equipo internacional que incluye investigadores del Laboratorio de Física de Altas Energías (LHEP) de la Universidad de Berna ha logrado precisamente eso. Usando el detector de partículas FASER en el CERN en Ginebra, el equipo pudo detectar neutrinos de muy alta energía producidos por una nueva fuente: el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. La colaboración internacional FASER anunció este resultado el 19 de marzo en el MORIOND EW Conferencia en La Thuile, Italia.
FASER permite la investigación de neutrinos de alta energía
Las propiedades de los neutrinos se han estudiado en numerosos experimentos desde su descubrimiento en 1956 por Clyde L. Cowan y Frederick Reines. Uno de los principales experimentos para estudiar neutrinos es el Experimento de neutrinos subterráneos profundos (DUNE) que se está construyendo en los EE. UU. La Universidad de Berna es un contribuyente clave. Los experimentos como DUNE son de propósito general y pueden estudiar muchas propiedades de los neutrinos de una variedad de fuentes. Un aspecto que no está cubierto son los neutrinos de muy alta energía.
El acelerador de mayor energía disponible es el LHC en el CERN, donde dos haces de protones que chocan entre sí a una energía extremadamente alta producen nuevas partículas. Sin embargo, nunca se han detectado neutrinos en ningún colisionador porque escapan a los detectores existentes en el LHC.
El experimento FASER se propuso para llenar este vacío. «En este experimento medimos neutrinos de muy alta energía producidos por el colisionador LHC del CERN. El objetivo es estudiar cómo se producen estos neutrinos, cuáles son sus propiedades y buscar señales de nuevas partículas», dice Akitaka Ariga, líder del equipo. Grupo FASER en el Laboratorio de Física de Altas Energías (LHEP) de la Universidad de Berna. El LHEP forma parte del Instituto de Física y del Centro Albert Einstein de Física Fundamental (AEC). «El experimento FASER es una idea única en la interfaz entre los colisionadores de mayor energía y la física de neutrinos. A menudo se hacen nuevos descubrimientos cuando se adoptan estos nuevos enfoques», dice Michele Weber, directora del LHEP de la Universidad de Berna.
¿Física oculta en los neutrinos?
Para la observación actual de neutrinos, el experimento tomó datos en el LHC en 2022. El equipo detectó 153 eventos que son interacciones de neutrinos con una certeza extremadamente alta. Los neutrinos detectados por FASER tienen la energía más alta jamás producida en un laboratorio y son similares a los neutrinos provenientes del espacio profundo que desencadenan lluvias de partículas dramáticas en nuestra atmósfera o la tierra. Por lo tanto, también son una herramienta importante para que los investigadores comprendan mejor las observaciones en astrofísica de partículas.
«Este logro es un hito histórico para obtener una nueva fuente de neutrinos con características inexploradas», dice Akitaka Ariga. El resultado presentado es solo el comienzo de una serie de exploraciones. El experimento continuará tomando datos hasta finales de 2025. «Puede haber física oculta en los neutrinos a una escala de alta energía», dice Akitaka Ariga.
Este proyecto ha recibido financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea (Acuerdo de subvención n.º 101002690, FASERnu)
