(LENG SHUMEI Y LIU YANG. GLOBAL TIMES)
El miércoles se completó la construcción del componente central del Observatorio Subterráneo de Neutrinos de Jiangmen (JUNO, por sus siglas en inglés). La importante instalación científica, situada a 700 metros bajo tierra en Jiangmen, provincia de Guangdong, en el sur de China, está entrando en su fase final de construcción, según el Instituto de Física de Altas Energías (IHEP, por sus siglas en inglés) de la Academia de Ciencias de China (CAS, por sus siglas en inglés).
El JUNO, lanzado conjuntamente por la CAS y el gobierno provincial de Guangdong en 2015, ha sido diseñado para detectar neutrinos, que se encuentran entre las partículas más antiguas y fundamentales del universo. Podrían ser la clave para explicar por qué la materia domina el universo en lugar de la antimateria o para unificar las teorías de cómo funcionan las cuatro fuerzas fundamentales del universo: gravitacional, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. Los neutrinos a menudo se denominan partículas “fantasma” porque casi no tienen masa y rara vez interactúan con otra materia, lo que los hace extremadamente difíciles de detectar.
He Miao, el líder del grupo de neutrinos en el Centro de Física Experimental del IHEP, dijo al Global Times que desde que el científico austríaco Wolfgang Pauli propuso la hipótesis de los neutrinos en 1930, la investigación sobre los neutrinos ha abarcado casi un siglo. En la década de 1970, el descubrimiento experimental de corrientes neutras débiles marcó un hito en la historia de la física de partículas.
Alrededor del año 2000, científicos de Japón y Canadá observaron de forma independiente el fenómeno de oscilación de los neutrinos atmosféricos y solares respectivamente, un avance que llevó a que científicos de ambos países recibieran el Premio Nobel en 2015.Tras el descubrimiento del fenómeno de oscilación de neutrinos atmosféricos y solares en Japón y Canadá, el Experimento de Neutrinos del Reactor Daya Bay de China descubrió un nuevo modo de oscilación de neutrinos por primera vez en 2012.
Este descubrimiento no solo completó el marco teórico de la oscilación de neutrinos, sino que también proporcionó orientación para experimentos de próxima generación en la determinación del ordenamiento de masas de los neutrinos. En este contexto, se inició el proyecto JUNO, cuyo principal objetivo físico era determinar la ordenación de masas de los neutrinos mediante la detección del espectro de energía de los neutrinos producidos a partir de los procesos de fisión nuclear de los núcleos de los reactores.
Cuando se le preguntó por qué era necesario construir JUNO a 700 metros bajo tierra, explicó que un detector de neutrinos tiene la máxima sensibilidad cuando se encuentra a unos 50 kilómetros de los reactores nucleares. Sin embargo, el detector también puede detectar rayos cósmicos, lo que interfiere en la detección de neutrinos. Las rocas pueden proteger eficazmente contra los rayos cósmicos, por lo que el detector debe construirse bajo tierra.
La montaña de 700 metros puede reducir la tasa de eventos de rayos cósmicos en casi 100.000 veces. Dashishan, en el municipio de Jinji de Jiangmen, se encuentra a 53 kilómetros de los reactores nucleares de alta potencia de Taishan y Yangjiang. La montaña proporciona una protección eficaz contra los rayos cósmicos, lo que crea un entorno ideal para el experimento, según He.
La estructura principal de JUNO se asemeja a una sandía sumergida en agua, y toda la esfera forma el detector de centelleo líquido más grande y preciso del mundo. El equipo de detección central está situado en el centro de una piscina de agua de 44 metros de profundidad en el laboratorio subterráneo. Consiste en una carcasa de malla de acero inoxidable de 41 metros de diámetro, una esfera acrílica de 35,4 metros de diámetro, 20.000 toneladas de centelleador líquido y 45.000 tubos fotomultiplicadores, entre otros componentes clave, según IHEP.
Según los expertos, el centelleador líquido sirve como medio para detectar neutrinos. Cuando una gran cantidad de neutrinos pasan a través del detector, interactúan con el centelleador, emitiendo una luz de centelleo extremadamente débil, que luego es detectada por los tubos fotomultiplicadores. Estos 45.000 tubos fotomultiplicadores actúan como “ojos”, densamente dispuestos en el lado interior de la malla de acero inoxidable, frente a la esfera acrílica y monitoreando constantemente las señales de luz emitidas desde su interior. Convierten las señales de luz emitidas cuando los neutrinos son capturados en señales eléctricas y las amplifican 10 millones de veces, obteniendo así información sobre su energía y posición para el análisis informático.
Para medir con precisión la masa de los neutrinos, el enfoque actual implica observar la oscilación de los neutrinos para determinar sus masas relativas. Para describir la oscilación de los neutrinos se requieren seis parámetros. De ellos, cuatro ya han sido medidos con éxito por los científicos, incluido uno detectado por investigadores chinos del experimento Daya Bay. El parámetro y medio restante es el foco del proyecto JUNO, según Wang Yifang, académico de la CAS y director del IHEP.
En el futuro, los científicos chinos no sólo pretenden determinar la masa absoluta de los neutrinos, sino también descubrir las diferencias de masa relativa entre ellos mediante el estudio de las oscilaciones de los neutrinos. Al investigar estas propiedades de la masa, esperan desarrollar un marco teórico que mejore la comprensión de las personas sobre el mundo físico y arroje luz sobre los orígenes y la evolución del universo. Esta investigación contribuirá en última instancia a la búsqueda de la humanidad para comprender mejor tanto el cosmos como la naturaleza fundamental de la materia, según Wang.
El personal de trabajo instala equipos en el sistema detector de vetos de JUNO, diseñado para la detección de muones cósmicos y la reducción del fondo. Foto: cortesía de IHEP