Un experimento con antineutrinos en Japón registra cómo desaparecen

El experimento T2K (Tokai to Kamioka, las dos ciudades japonesas entre las que se desarrolla), ha registrado las primeras medidas de la desaparición de antineutrinos (las antipartículas de los neutrinos) de tipo muón (una de las partículas elementales) a partir de los datos tomados en el último año.

Durante este tiempo, el laboratorio de J-PARC de Tokai ha mantenido un haz de estos antineutrinos y los ha mandado en dirección al detector Super-Kamiokande en Kamioka, que está a 295 kilómetros de distancia, para el análisis de sus transformaciones. Los datos recogidos al final del trayecto muestra un número de antineutrinos de tipo muón (17 en total) muy inferior al que se esperaría si no se transformaran y desaparecieran (59,8).

Según los investigadores, los resultados son claros y muestran lo esperado por los cálculos teóricos: los antineutrinos de tipo muón oscilan a antineutrinos de otro tipo (tau) y no se detectan. Este proceso medido con las antipartículas del neutrino también sucede en los neutrinos, tal y como se publicó en el año 2013.

De hecho, esta nueva medida se añade al descubrimiento hecho ese año de un nuevo tipo de transformación de neutrinos en la búsqueda de la clave para resolver el enigma de la ausencia de antimateria en el universo. Comparar los ratios de desaparición en neutrinos y antineutrinos ayuda a poner a prueba un teorema de la conservación conocido como ‘carga, paridad e inversión temporal’ (CPT).

La medida realizada es la más precisa hasta la fecha realizada con antineutrinos. Los resultados son comparables a los obtenidos en las mediciones mas precisas realizadas con neutrinos. Esto supone que neutrinos y antineutrinos se comportan de manera similar frente a las oscilaciones, lo que confirma la simetría CPT de las leyes de las física.

El experimento ha tomado tan solo el 10% de los datos que estaban planeados. Nuevos resultados están por venir en los próximos años con neutrinos y antineutrinos. El objetivo principal de estas medidas será mejorar la precisión de los resultados experimentales en búsqueda de desviaciones de los modelos existentes y la medida de la aparición de la denominada ‘violación CP’ de simetría comparando la aparición de neutrinos electrón (medida recientemente) y antineutrinos electrón (aún no descubierto).

El experimento T2K con su intenso haz de antineutrinos de tipo muón incluye un complejo sistema de detectores que, situados a diferentes distancias, son capaces de medir la transformación en vuelo de los neutrinos iniciales. El haz se produce en el laboratorio Japan Proton Accelerator Complex (J-PARC) de Tokai, situada en la costa este de Honshu, la mayor isla de Japón. Las propiedades iniciales del haz se miden en varios detectores cercanos al punto de producción.

Tras recorrer los 295 km, los antineutrinos alcanzan la costa oeste de la isla y son detectados por Super-Kamiokande en Hida (antiguamente conocida como Kamioka). Se trata de un gigantesco detector de 50 kilotoneladas instalado a un kilómetro de profundidad en una antigua mina de zinc.

Colaboración internacional con participación española

El experimento T2K ha sido construido y operado por una colaboración internacional compuesta, en la actualidad, por más de 400 físicos de 59 instituciones pertenecientes a 11 países (Alemania, Canadá, EEUU, España, Francia, Gran Bretaña, Italia, Japón, Polonia, Rusia y Suiza). El experimento esta financiado principalmente por  el ministerio de cultura, deportes, ciencia y tecnología (NEXT) de Japón.

España contribuye con dos grupos de investigación, del Institut de Fìsica d’Altes Energies (IFAE) en Barcelona y del Institut de Física Corpuscular (IFIC) en Valencia, que han participado en el diseño, construcción y operación del experimento durante más de 10 años.

Ambos grupos han realizado contribuciones muy relevantes al estudio de la oscilación del neutrino, con medidas en el detector de Tokai, el más cercano a la fuente, que mide las propiedades iniciales del haz de neutrinos. España ha financiado la actividad investigadora a través del Ministerio de Economía y Competitividad, la Generalitat de Catalunya y con el apoyo del Centro Nacional de Partículas Astropartículas y Nuclear (CPAN).

(IFAE)