Si se hubieran formado cantidades iguales de materia y antimateria en el Big Bang hace más de 13 mil millones de años, uno habría aniquilado al otro al encontrarse, y el universo de hoy estaría lleno de energía, pero no importa formar estrellas, planetas y vida.Sin embargo, la materia existe ahora. Ese hecho sugiere que algo está mal con las ecuaciones del Modelo Estándar que describen la simetría entre las partículas subatómicas y sus antipartículas. En un estudio publicado en Cartas de revisión física , colaboradores del MAJORANA DEMONSTRATOR, un experimento dirigido por el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía, han demostrado que pueden proteger una matriz sensible y escalable de detectores de germanio de 44 kilogramos de la radioactividad de fondo.
Este logro es crítico para desarrollar y proponer un experimento futuro mucho más grande, con aproximadamente una tonelada de detectores, para estudiar la naturaleza de los neutrinos. Estas partículas eléctricamente neutras interactúan solo débilmente con la materia, lo que hace que su detección sea extremadamente difícil.
"El exceso de materia sobre la antimateria es uno de los misterios más convincentes en la ciencia", dijo John Wilkerson de ORNL y de la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill. Wilkerson dirige el DEMONSTRADOR DE MAJORANA, que involucra a 129 investigadores de 27 instituciones y 6naciones ". Nuestro experimento busca observar un fenómeno llamado 'desintegración doble beta sin neutrinos' en los núcleos atómicos. La observación demostraría que los neutrinos son sus propias antipartículas y tienen profundas implicaciones para nuestra comprensión del universo. Además, estas mediciones podrían proporcionaruna mejor comprensión de la masa de neutrinos "
En un informe de 2015 del Comité Asesor de Ciencias Nucleares de EE. UU. Al Departamento de Energía y a la National Science Foundation, un experimento a escala de toneladas dirigido por los EE. UU. Para detectar la desintegración doble beta sin neutrinos se consideró una de las principales prioridades de la comunidad de física nuclear.Casi una docena de experimentos han buscado la desintegración doble beta sin neutrinos, y se han propuesto muchos experimentos futuros. Una de sus claves para el éxito depende de evitar antecedentes que puedan imitar la señal de la desintegración doble beta sin neutrinos.
Ese fue el logro clave del MAJORANA DEMONSTRATOR. Su implementación se completó en Dakota del Sur en septiembre de 2016, a casi una milla bajo tierra en la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford. Ubicar el experimento bajo casi una milla de roca fue el primero de muchos pasos colaboradorestomó para reducir la interferencia del fondo. Otros pasos incluyeron un criostato hecho del cobre más puro del mundo y un complejo escudo de seis capas para eliminar la interferencia de los rayos cósmicos, el radón, el polvo, las huellas digitales y los isótopos radiactivos naturales.
"Si vas a buscar la desintegración doble beta sin neutrinos, es fundamental saber que el fondo radioactivo no va a abrumar la señal que buscas", dijo David Radford de ORNL, un científico líder en el experimento.
Hay muchas maneras de que un núcleo atómico se desmorone. Un modo de descomposición común ocurre cuando un neutrón dentro del núcleo emite un electrón llamado "beta" y un antineutrino para convertirse en un protón. En dos neutrinos doble betadescomposición, dos neutrones se descomponen simultáneamente para producir dos protones, dos electrones y dos antineutrinos. Este proceso se ha observado. La colaboración MAJORANA busca evidencia de un proceso de descomposición similar que nunca se ha observado, en el que no se emiten neutrinos.
La conservación del número de leptones - partículas subatómicas como electrones, muones o neutrinos que no participan en interacciones fuertes - fue escrita en el Modelo Estándar de Física. "No hay una buena razón para esto, solo elobservación de que parece que ese es el caso ", dijo Radford." Pero si el número de leptones no se conserva, cuando se agrega a los procesos que creemos que sucedieron durante el universo muy temprano, eso podría ayudar a explicar por qué hay más materia que antimateria ".
Muchos teóricos creen que el número de leptones no se conserva, que el neutrino y el antineutrino, que se suponía que tenían números de leptones opuestos, son realmente la misma partícula que gira de diferentes maneras. El físico italiano Ettore Majorana introdujo ese concepto en 1937, prediciendo la existencia de partículas que son sus propias antipartículas.
El MAJORANA DEMONSTRATOR utiliza cristales de germanio como fuente de doble desintegración beta y como medio para detectarlo. El germanio-76 Ge-76 se desintegra para convertirse en selenio-76, que tiene una masa menor. Cuando el germanio se desintegra, la masase convierte en energía que es transportada por los electrones y los antineutrinos ". Si toda esa energía va a los electrones, entonces no queda nada para los neutrinos", dijo Radford. "Es un identificador claro de que encontramos el evento que estamos buscando.para."
Los científicos distinguen los modos de descomposición de dos neutrinos versus los sin neutrinos por sus firmas de energía. "Es un error común pensar que nuestros experimentos detectan neutrinos", dijo Jason Detwiler, de la Universidad de Washington, quien es uno de los portavoces de la Colaboración MAJORANA ".Es casi cómico decirlo, pero estamos buscando la ausencia de neutrinos. En la descomposición sin neutrinos, la energía liberada es siempre un valor particular. En la versión de dos neutrinos, la energía liberada varía pero siempre es menor que para el doble sin neutrinos-beta decaimiento "
El MAJORANA DEMONSTRATOR ha demostrado que la vida media de doble desintegración beta sin neutrinos de Ge-76 es de al menos 1025 años, 15 órdenes de magnitud más largos que la edad del universo. Por lo tanto, es imposible esperar un solo núcleo de germanio"Podemos evitar la imposibilidad de observar un núcleo durante mucho tiempo al observar el orden de 1026 núcleos durante un período de tiempo más corto", explicó el co-portavoz Vincente Guiseppe de la Universidad de Carolina del Sur.
Las posibilidades de detectar una desintegración doble beta sin neutrinos en Ge-76 son raras: no más de 1 por cada 100,000 desintegraciones dobles beta dos neutrinos, dijo Guiseppe. El uso de detectores que contienen grandes cantidades de átomos de germanio aumenta la probabilidad de detectarlas caries raras. Entre junio de 2015 y marzo de 2017, los científicos no observaron eventos con el perfil de energía de la caries sin neutrinos, el proceso que aún no se ha observado esto se esperaba dado el pequeño número de núcleos de germanio en el detector.se les animó a ver muchos eventos con el perfil de energía de las desintegraciones de dos neutrinos, verificando que el detector pudiera detectar el proceso de descomposición que se ha observado.
Los resultados de la Colaboración MAJORANA coinciden con los nuevos resultados de un experimento competitivo en Italia llamado GERDA para GERmanium Detector Array, que adopta un enfoque complementario para estudiar el mismo fenómeno.experimento de desintegración beta doble ", dijo Radford.
El DEMONSTRATOR fue diseñado para sentar las bases para un experimento a escala de tonelada al demostrar que los fondos pueden ser lo suficientemente bajos como para justificar la construcción de un detector más grande. Así como los telescopios más grandes recolectan más luz y permiten ver objetos más débiles, aumentando la masa de germaniopermite una mayor probabilidad de observar la descomposición rara. Con 30 veces más germanio que el experimento actual, el experimento planeado de una tonelada podría detectar la desintegración doble beta sin neutrinos de solo un núcleo de germanio por año.
Se planea que el DEMONSTRADOR DE MAJORANA continúe tomando datos durante dos o tres años. Mientras tanto, se está trabajando en una fusión con GERDA para desarrollar un posible detector de una tonelada llamado LEGEND, que se planea construir en etapas en un momento todavía-por-determinar sitio.
LEGEND 200, el demostrador LEGEND y el paso hacia un posible futuro experimento a escala de toneladas, será una combinación de GERDA, MAJORANA y nuevos detectores. Los científicos esperan comenzar la primera etapa de LEGEND 200 para 2021. Un experimento a escala de toneladas, LEGEND 1000, sería la siguiente etapa, si se aprueba. "Esta fusión aprovecha las inversiones públicas en el DEMONSTRATOR DE MAJORANA y GERDA combinando las mejores tecnologías de cada uno", dijo el portavoz de LEGEND Collaboration y portavoz de MAJORANA desde hace mucho tiempo hasta el últimoaño Steve Elliott del Laboratorio Nacional de Los Alamos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :