17 de Junio de 2022
Física de partículas

LEGEND-200 explorará la naturaleza de los neutrinos

El experimento subterráneo, que comenzará a tomar datos este año, buscará la hipotética doble desintegración beta sin neutrinos y podría ayudarnos a entender la asimetría entre materia y antimateria.

Vista aérea del tanque de agua del experimento LEGEND-200, repleto de fotodetectores. [Enrico Sacchetti]

Refugiados bajo casi un kilómetro y medio de roca, en la región italiana de los Abruzos, los científicos se afanan por desentrañar los secretos de las partículas de materia más ligeras del universo.

Cuando se produce un proceso radiactivo llamado «doble desintegración beta», suelen emitirse cuatro partículas: dos electrones con carga negativa y dos (anti)neutrinos, diminutas partículas con carga neutra. El experimento LEGEND-200 (siglas inglesas de «Gran Experimento con Germanio Enriquecido para buscar la Doble Desintegración Beta sin Neutrinos»), ubicado en el Laboratorio Nacional de Gran Sasso, está diseñado para averiguar si este proceso puede producirse sin que se observen neutrinos al final. La respuesta podría modificar nuestra comprensión sobre el modo en que surgió la materia.

Esa «doble desintegración beta sin neutrinos» es muy infrecuente, si es que ocurre. Y determinar que una desintegración produce electrones, pero no neutrinos, puede ser difícil, sobre todo porque los neutrinos están por todas partes (miles de ellos atraviesan nuestro cuerpo cada segundo) y suelen generarse cuando la radiación de fondo interactúa con los componentes de los instrumentos.

Por ello, los científicos intentan «elegir materiales muy poco radiactivos y concebir muchas formas inteligentes de descartar las partículas de fondo», explica Michelle Dolinski, física de partículas de la Universidad Drexel que no participa en el proyecto.

LEGEND-200 está equipado con cristales de germanio ligeramente radiactivos, que actúan a la vez como fuente de las desintegraciones beta y como detector de neutrinos. Para blindarlo contra las partículas del entorno, todo el instrumento está inmerso en un tanque criogénico  protegido por agua y argón líquido. Este núcleo está rodeado de fibras ópticas verdes y una capa reflectante que repele cualquier partícula extraña.

Uno de los módulos del detector de germanio del experimento LEGEND-200. [Enrico Sacchetti]

Si LEGEND-200 observase la doble desintegración beta sin neutrinos, eso significaría que, a diferencia de los protones, los electrones y otras partículas elementales (cada una de las cuales tiene una «antipartícula» con la que se aniquilan si entran en contacto), los neutrinos son sus propias antipartículas y pueden destruirse entre sí. En tal caso, la doble desintegración beta doble produciría dos neutrinos que se aniquilarían de inmediato, de modo que no quedaría ninguno. «Este es un ingrediente importante para tratar de entender por qué había más materia que antimateria en el universo primitivo y por qué el cosmos es como lo vemos hoy», señala Dolinski.

En el interior del tanque de agua, una capa reflectante rodea el criostato de argón líquido. [Enrico Sacchetti]

Laura Baudis, colaboradora de LEGEND y física experimental de la Universidad de Zúrich, está emocionada por ver qué descubre este experimento cuando empiece a recoger datos este año. «Hay muchas cosas que no sabemos sobre los neutrinos», subraya. «Realmente siguen estando llenos de sorpresas.»

Joanna Thompson

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