Trillones de neutrinos pasan por nuestro cuerpo cada segundo. El sol los crea por fusión; también lo son las centrales nucleares. Algunos provienen de explosiones de supernovas en el espacio. Los neutrinos se emparejan con antineutrinos, lo que los científicos creen que refleja su comportamiento.
Así, JUNO está diseñado para recoger antineutrinos, concretamente los emitidos por dos centrales nucleares situadas a 53 kilómetros del observatorio.
La esfera JUNO de 13 capas se llena con un líquido especial llamado “centelleador” y se sumerge en un cilindro de agua purificada, dijo Wang Yifang, director del Instituto Chino de Física de Altas Energías y líder del proyecto.
Cuando los antineutrinos pasan al líquido, desencadenan procesos químicos que producen breves destellos de luz, que pueden ser captados por sensores que recubren la esfera.
“El evento produce un destello que dura sólo 5 nanosegundos, que esperamos capturar con miles de tubos fotomultiplicadores que rodean la esfera”, dijo Wang, usando un casco mientras los trabajadores colocaban los tubos detrás de él. “Esperamos realizar 60 eventos por día”.
Gracias a este enfoque, JUNO debería poder medir diferencias en las masas de antineutrinos unas 10 veces mejor que los instrumentos anteriores.
El primero de tres nuevos observatorios de neutrinos
JUNO es parte de los ambiciosos esfuerzos de China para convertirse en una potencia científica mundial. En su discurso de este año, el presidente Xi Jinping anunció planes para transformar el país en un gigante de la ciencia y la tecnología para 2035.
Se espera que JUNO sea el primero de tres observatorios de neutrinos de próxima generación que se inauguren en los próximos 10 años, lo que lo convertirá en una especie de punta de lanza en una nueva era de la física. En Japón, la inauguración del observatorio Hyper-Kamiokande está prevista para 2027. Y un programa respaldado por Estados Unidos llamado Experimento Subterráneo de Neutrinos Profundos (DUNE) exige un acelerador de partículas para transmitir neutrinos bajo tierra desde Illinois hasta Dakota del Norte. 2031 año.
Los tres próximos observatorios planean utilizar diferentes tecnologías para detectar partículas, por lo que son complementarios y compiten al mismo tiempo. Cada uno implica amplias colaboraciones internacionales diseñadas para avanzar en el campo, desarrollar nuevas tecnologías derivadas y capacitar a una nueva ola de científicos.
“Cuando realizamos estos experimentos, no es probable que observemos nada inesperado”, afirmó Chris Marshall, profesor asociado de física en la Universidad de Rochester que trabaja en el proyecto DUNE. “Tratar de descubrir efectos realmente complejos… requiere múltiples experimentos que midan las cosas de diferentes maneras”.
Hasta cierto punto, la capacidad de cada observatorio para responder preguntas fundamentales de la física dependerá de qué tan bien los investigadores puedan trabajar entre proyectos y entre sí. Pero existe una creciente preocupación entre algunos científicos de todo el mundo de que las crecientes tensiones geopolíticas entre Estados Unidos y China (y la tensión resultante en su relación científica) puedan obstaculizar el progreso.
En los últimos años, Estados Unidos ha aplicado políticas para impedir que los científicos chinos importen tecnología estadounidense a su país de origen y para evitar que China robe talentos científicos estrella.
Wang dijo que Estados Unidos negó sus solicitudes de visa en 2022 y 2023 sin explicación, y que la participación estadounidense en JUNO fue limitada.
“La colaboración y la competencia en la ciencia son buenas, pero no deberían ser sólo competencia”, afirmó.
Los científicos estadounidenses también notaron nuevos obstáculos al trabajar con científicos chinos.
“Se ha vuelto más difícil obtener financiación de Estados Unidos para colaborar con colegas chinos, y se ha vuelto mucho más difícil para nuestros colegas chinos obtener visas estadounidenses”, dijo en un comunicado Patrick Huber, director del Centro de Física de Neutrinos de Virginia Tech. correo electrónico. .
Ignacio Taboada, profesor de física de Georgia Tech, que ayuda a dirigir el observatorio de neutrinos existente en el Polo Sur, dijo: “No es imposible colaborar con científicos chinos; cada vez es más difícil.
Resolviendo los misterios de los neutrinos
Los datos generados en JUNO podrían contribuir en gran medida a resolver misterios clave sobre cómo y por qué los neutrinos cambian de forma en comparación con otras partículas subatómicas.
A medida que los neutrinos se mueven, pueden oscilar o cambiar entre los tres llamados “sabores”: muón, tau y electrón. El Sol, por ejemplo, envía neutrinos electrónicos a la Tierra, pero a veces llegan como neutrinos muónicos. Cuando los neutrinos interactúan (lo que ocurre raramente) adoptan un sabor específico.
Además, los científicos creen que los neutrinos viajan en uno de tres estados de masa diferentes, y que estos estados ayudan a determinar la probabilidad de que un neutrino interactúe como un sabor particular. Pero aún no está claro cuál de los estados tiene más masa.
Los científicos creen que los neutrinos y antineutrinos pueden cambiar de manera diferente durante su viaje, y que estas diferencias pueden ser responsables de parte del desequilibrio físico entre materia y antimateria en el universo.
Si es así, aprender más sobre las masas y oscilaciones de los neutrinos y antineutrinos ayudará a los investigadores a descubrir que al Modelo Estándar de Física (el libro de reglas para las partículas y sus interacciones) le faltan páginas o partículas previamente desconocidas o les ayudará a comprender que las fuerzas pueden desempeñar un papel. papel invisible. role.
“Nuestra hermosa teoría de la realidad, el modelo estándar, no es la teoría final”, dijo Sergio Bertolucci, físico de partículas italiano y coautor de DUNE. “Descubrimos que necesitábamos saber más sobre los neutrinos para responder cosas que el modelo estándar no podía”.
Wang quiere que JUNO gane la carrera para descubrir la jerarquía masiva de neutrinos antes que Estados Unidos y otros países.
“Sólo queremos ser buenos científicos. Ser el primero en ciencia es lo más importante. Ser el segundo no es nada”, dijo. “Como científico, no siempre puedo ser un seguidor. Quiero ser mío”. desear.”
Si JUNO explica la historia de las masas de neutrinos antes de que DUNE llegue a Internet, un proyecto liderado por Estados Unidos podría medir la cuestión de manera diferente y confirmar los resultados de JUNO.
El plan de DUNE es medir los neutrinos cuando salen de las instalaciones en Illinois, después de lo cual viajan 800 millas alrededor de la Tierra, donde pueden interactuar y oscilar. Una vez que llegan a Dakota del Sur y se vuelven detectables, los científicos deben comparar la mezcla de sabores de neutrinos al principio y al final del viaje. Sin embargo, el proyecto tuvo retrasos y sobrecostos.
“El conjunto de datos excepcionalmente rico de JUNO… desempeñará un papel importante en la determinación del orden de masa para 2030, de forma independiente o en combinación con otros experimentos”, dijo el profesor Pedro Ochoa-Ricú. en Física y Astronomía en la Universidad de California, Irvine.
Varios de los científicos detrás de los proyectos del observatorio de neutrinos reconocieron que los beneficios prácticos sobre el terreno de la investigación son impredecibles. Creen que podría impulsar nuevas tecnologías, impulsar la innovación en la informática con uso intensivo de datos y hacer avanzar la ciencia de los aceleradores de partículas.
“Si mejoras una vela, nunca podrás hacer una luz eléctrica, por lo que necesitas dar un paso adelante. Necesitas un descanso”, dijo Mary Bishai, física de partículas del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de Estados Unidos y coautora del proyecto DUNE. “La investigación básica es esencialmente un generador de disrupción.”
En otras palabras, Wang atribuyó su trabajo a pura curiosidad: “Hago ciencia ‘inútil'”, dijo.
