El ArgoNeuT (Argon Neutrino Teststand), Testeador de Neutrinos de Argón Líquido de Fermilab, ha permitido ver su primer neutrino, el primero observado por un detector de argón líquido en los Estados Unidos.
Según la mitología griega, los argonautas fueron aventureros que navegaron a través del Mar Mediterráneo en su barco, el Argo, para recuperar el vellocino de oro. Dirigida por Jason, la tripulación se enfrentó al fuego de la respiración de bueyes y dragones. El nombre es así algo muy conveniente para muchos juegos de palabras y metáforas náuticas.
Todavía novedosa, esta tecnología de argón líquido puede ofrecer una forma más barata, más eficiente de captar los neutrinos, partículas todavía misteriosas que pueden tener la clave de por qué el universo está hecho de materia y, por tanto, por qué existimos.
Actualizaciones sucesivas informaron de las primeras observaciones de rayos cósmicos en el ArgoNeuT, un paso importante para la prueba y la calibración del detector y el descenso del mismo al tunel del Fermilab a unos 120 metros bajo tierra, donde es protegido de la interferencia de esos mismos rayos.
"Los detectores de argón líquido pueden lograr una gran precisión en la determinación del tipo de interacción de partículas. Debido a esto, son muy buenos antecedentes en el rechazo de acontecimientos ajenos al tema de investigacion. Estos detectores pueden obtener las mismas medidas que detectores mucho más grandes que utilizan diferentes tecnologías", dijo Brian Page, un estudiante graduado en la Universidad Estatal de Michigan que trabaja en ArgoNeuT.
ArgoNeuT, un pequeño detector de 175 litros lleno de argón líquido, se encuentra "aguas arriba" del detector del MINOS (Inyector Principal de Búsqueda de Oscilación de Neutrinos) en la línea del haz de neutrinos. Los neutrinos provenientes del haz del NuMI (Neutrinos at the Main Injector) entran en el detector de la cámara de ArgoNeuT e interactúan con los átomos de argón. Las interacciones producen luz y partículas cargadas, que siguen viajando a través del argón e impactan contra los electrones sueltos. Un cable plano atrae a estos electrones, el cual induce señales eléctricas. Los datos recogidos ayuda a los científicos a reconstruir una imagen en tres dimensiones de la eventual interacción original.
Los científicos redujeron el experimento, encargado en 2008, a un detector de la sala de experimentos en enero de 2009. Este fue llenado de argón líquido en mayo de este año, y las primeras interacciones se vieron el 27 de mayo.
"Ver la interacciones de neutrinos es otro paso hacia adelante que nos muestra que podemos construir estos detectores de referencia para el gran programa de oscilación de neutrinos en el proyecto del Laboratorio de Ingeniería y Ciencias Subterráneo Profundo", dijo Bonnie Fleming, portavoz del ArgoNeuT.
Los resultados de la investigación de ArgoNeuT ayudarán a desarrollar grandes detectores de argón líquido. Los científicos de ArgoNeuT pondrá a prueba técnicas de purificación de argón y el desarrollo de software para identificar y analizar correctamente las interacciones.
"ArgoNeuT es un buen paso inicial", dijo Soderberg Mitch, un Post-Doctorado de la Universidad de Yale, que trabaja en ArgoNeuT. "Entonces estaremos listos para llegar a MicroBooNE, un detector de argón líquido mucho más grande que has sido aprobado para funcionar aquí en Fermilab."
Más información sobre ArgoNeuT y los neutrinos::
- The MINOS Experiment and NuMI Beamline
- Argoneut
- Simmetry - Today, Agosto 2008
- Simmetry Breaking, Agosto 2008
- Neutrino
- El problema de los neutrinos solares
Fuentes:
Artículo original en Symmetry Breaking de Fermilab/SLAC: A milestone for ArgoNeuT
Créditos::
- Tres fotos de Argoneut: Fermilab
- Logotipo de ArgoNeuT: Fermilab
- Mapa de laboratorios y aceleradores: Fermilab
- Modelo standard: David Ward and Christopher Lester, Universidad de Cambridge.
- Cadena protón-protón: Wikipedia (verificado)
Según la mitología griega, los argonautas fueron aventureros que navegaron a través del Mar Mediterráneo en su barco, el Argo, para recuperar el vellocino de oro. Dirigida por Jason, la tripulación se enfrentó al fuego de la respiración de bueyes y dragones. El nombre es así algo muy conveniente para muchos juegos de palabras y metáforas náuticas.
Todavía novedosa, esta tecnología de argón líquido puede ofrecer una forma más barata, más eficiente de captar los neutrinos, partículas todavía misteriosas que pueden tener la clave de por qué el universo está hecho de materia y, por tanto, por qué existimos.
Actualizaciones sucesivas informaron de las primeras observaciones de rayos cósmicos en el ArgoNeuT, un paso importante para la prueba y la calibración del detector y el descenso del mismo al tunel del Fermilab a unos 120 metros bajo tierra, donde es protegido de la interferencia de esos mismos rayos.
"Los detectores de argón líquido pueden lograr una gran precisión en la determinación del tipo de interacción de partículas. Debido a esto, son muy buenos antecedentes en el rechazo de acontecimientos ajenos al tema de investigacion. Estos detectores pueden obtener las mismas medidas que detectores mucho más grandes que utilizan diferentes tecnologías", dijo Brian Page, un estudiante graduado en la Universidad Estatal de Michigan que trabaja en ArgoNeuT.
 | Una captura de pantalla del primer evento de interacción de neutrinos de ArgoNeuT. |
ArgoNeuT, un pequeño detector de 175 litros lleno de argón líquido, se encuentra "aguas arriba" del detector del MINOS (Inyector Principal de Búsqueda de Oscilación de Neutrinos) en la línea del haz de neutrinos. Los neutrinos provenientes del haz del NuMI (Neutrinos at the Main Injector) entran en el detector de la cámara de ArgoNeuT e interactúan con los átomos de argón. Las interacciones producen luz y partículas cargadas, que siguen viajando a través del argón e impactan contra los electrones sueltos. Un cable plano atrae a estos electrones, el cual induce señales eléctricas. Los datos recogidos ayuda a los científicos a reconstruir una imagen en tres dimensiones de la eventual interacción original.
Los científicos redujeron el experimento, encargado en 2008, a un detector de la sala de experimentos en enero de 2009. Este fue llenado de argón líquido en mayo de este año, y las primeras interacciones se vieron el 27 de mayo.
"Ver la interacciones de neutrinos es otro paso hacia adelante que nos muestra que podemos construir estos detectores de referencia para el gran programa de oscilación de neutrinos en el proyecto del Laboratorio de Ingeniería y Ciencias Subterráneo Profundo", dijo Bonnie Fleming, portavoz del ArgoNeuT.
Los resultados de la investigación de ArgoNeuT ayudarán a desarrollar grandes detectores de argón líquido. Los científicos de ArgoNeuT pondrá a prueba técnicas de purificación de argón y el desarrollo de software para identificar y analizar correctamente las interacciones.
"ArgoNeuT es un buen paso inicial", dijo Soderberg Mitch, un Post-Doctorado de la Universidad de Yale, que trabaja en ArgoNeuT. "Entonces estaremos listos para llegar a MicroBooNE, un detector de argón líquido mucho más grande que has sido aprobado para funcionar aquí en Fermilab."
Referencias
NuMI -(Neutrinos at the Main Injector) Neutrinos en el Inyector Principal
NuMI la línea de luz es una instalación en Fermilab, cerca de Chicago, que utiliza los protones del Acelerador del Inyector principal para producir un intenso haz de neutrinos que son utilizados por el Experimento MINOS, el haz de neutrinos se dirige a lo largo de una línea que une los dos extremos de la experiencia.
MINOS - Inyector Principal de Búsqueda de Oscilación de Neutrinos
El Experimento MINOS es un extenso experimento de neutrinos de referencia destinado a observar los fenómenos de oscilaciones de neutrinos, un efecto que está relacionado con la masa del neutrino. MINOS utiliza dos detectores, uno situado en Fermilab, en el origen de los neutrinos, y el otro situado a 450 kilómetros de distancia, en el norte de Minnesota, en una mina subterránea en Soudan.
Sobre ArgoNeuT
La fuente de neutrinos del ArgoNeuT es el haz de NuMI (los neutrinos en el Inyector Principal). El haz pasa a través de los detectores cercano y lejano del MINOS, situados a 1 km y a 735 km respectivamente de la meta en Fermilab. ArgoNeuT está situado en Fermilab MINOS, aguas arriba del detector cercano y se ha calibrado utilizando muones que atraviesan la cámara y penetran varias capas en MINOS.
ArgoNeuT suministra valiosa información acerca tanto de las interacciones de neutrinos de baja energía como del detector de operaciones subterráneas. Mediante la toma de mediciones en el rango de .1 a 10 GeV, el ensayo proporciona la primera vez datos de las interacciones de neutrinos de baja energía en un LArTPC Liquid Argon Time Projection Chambers (Cámara de Proyección de Tiempo de Argón Líquido), allanando el camino para la construcción de grandes detectores. ArgoNeuT sirve también como un peldaño en el camino hacia los grandes detectores, proporcionando experiencia en la operación subterránea de recirculación de argón, en el dispositivo de apertura y en los sistemas de lectura.
El problema de los neutrinos solares
El diagrama de la figura muestra la cadena protón-protón. Es el proceso de fusión termonuclear a través del cual el núcleo de estrellas de masa del orden de la solar o menor, genera helio a partir del hidrógeno (el otro proceso posible es el ciclo del carbono, presente en estrellas más masivas). En el diagrama se pueden ver indicados en rojo los neutrinos producidos en las distintas etapas del proceso (en este caso neutrinos electrónicos).
Según los modelos solares, se debería recibir el triple de neutrinos de los que se detectan, ausencia que es conocida como el problema de los neutrinos solares. Durante un tiempo se intentó justificar este déficit revisando los modelos solares. El Sol quema el hidrógeno principalmente mediante dos subcadenas de reacciones denominadas PPI y PPII (una tercer subcadena PPIII es minoritaria), dentro de la cadena protón-protón (una de las dos posibles reacciones en el núcleo estelar. La otra es el ciclo del carbono). La primera subcadena emite un neutrino y la segunda dos. Se especuló con un modelo en el cual la PPII tuviera una ocurrencia menor a la calculada debido a una escasez de helio en el núcleo a causa de procesos que mezclaran parte del helio producido con el manto, lo cual reduciría el equilibrio de la PPII. Actualmente el problema va camino de resolverse al plantearse la teoría de la oscilación de neutrinos.
Oscilación de neutrinos
Existen tres tipos de neutrinos asociados a cada una de las familias leptónicas (sabores): neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico, más sus respectivas antipartículas. Los neutrinos pueden pasar de una familia a otra (cambiar de sabor) en un proceso conocido como oscilación de neutrinos. Esta se debe a que los neutrinos interactúan con las cargas débiles de las otras partículas de masa mayor: dado su bajísimo peso, son repelidos a velocidades cercanas a la de la luz pero no salen de la estructura del átomo, sino que inmeditamente son atraídos por otras partículas subatómicas de cargas contrarias. No obstante, al irse acercando a ésta son rechazados nuevamente por otra partícula cercana, de igual carga y de masa millones de veces mayor.
¿Donde está ubicado el neutrino en el conjunto de las partículas elementales?
De acuerdo al modelo standard las partículas se dividen en fermiones (materiales) y bosones (portadoras de las fuerzas). Los fermiones a su vez se dividen en quarks y leptones. Los leptones están compuestos por electrones, muones y tauones y por neutrinos electrónicos, muónicos y tauónicos, más las respectivas antipartículas de todos ellos.
NuMI -(Neutrinos at the Main Injector) Neutrinos en el Inyector Principal
NuMI la línea de luz es una instalación en Fermilab, cerca de Chicago, que utiliza los protones del Acelerador del Inyector principal para producir un intenso haz de neutrinos que son utilizados por el Experimento MINOS, el haz de neutrinos se dirige a lo largo de una línea que une los dos extremos de la experiencia.
MINOS - Inyector Principal de Búsqueda de Oscilación de Neutrinos El Experimento MINOS es un extenso experimento de neutrinos de referencia destinado a observar los fenómenos de oscilaciones de neutrinos, un efecto que está relacionado con la masa del neutrino. MINOS utiliza dos detectores, uno situado en Fermilab, en el origen de los neutrinos, y el otro situado a 450 kilómetros de distancia, en el norte de Minnesota, en una mina subterránea en Soudan.
Sobre ArgoNeuTLa fuente de neutrinos del ArgoNeuT es el haz de NuMI (los neutrinos en el Inyector Principal). El haz pasa a través de los detectores cercano y lejano del MINOS, situados a 1 km y a 735 km respectivamente de la meta en Fermilab. ArgoNeuT está situado en Fermilab MINOS, aguas arriba del detector cercano y se ha calibrado utilizando muones que atraviesan la cámara y penetran varias capas en MINOS.
ArgoNeuT suministra valiosa información acerca tanto de las interacciones de neutrinos de baja energía como del detector de operaciones subterráneas. Mediante la toma de mediciones en el rango de .1 a 10 GeV, el ensayo proporciona la primera vez datos de las interacciones de neutrinos de baja energía en un LArTPC Liquid Argon Time Projection Chambers (Cámara de Proyección de Tiempo de Argón Líquido), allanando el camino para la construcción de grandes detectores. ArgoNeuT sirve también como un peldaño en el camino hacia los grandes detectores, proporcionando experiencia en la operación subterránea de recirculación de argón, en el dispositivo de apertura y en los sistemas de lectura.
El problema de los neutrinos solaresEl diagrama de la figura muestra la cadena protón-protón. Es el proceso de fusión termonuclear a través del cual el núcleo de estrellas de masa del orden de la solar o menor, genera helio a partir del hidrógeno (el otro proceso posible es el ciclo del carbono, presente en estrellas más masivas). En el diagrama se pueden ver indicados en rojo los neutrinos producidos en las distintas etapas del proceso (en este caso neutrinos electrónicos).
Según los modelos solares, se debería recibir el triple de neutrinos de los que se detectan, ausencia que es conocida como el problema de los neutrinos solares. Durante un tiempo se intentó justificar este déficit revisando los modelos solares. El Sol quema el hidrógeno principalmente mediante dos subcadenas de reacciones denominadas PPI y PPII (una tercer subcadena PPIII es minoritaria), dentro de la cadena protón-protón (una de las dos posibles reacciones en el núcleo estelar. La otra es el ciclo del carbono). La primera subcadena emite un neutrino y la segunda dos. Se especuló con un modelo en el cual la PPII tuviera una ocurrencia menor a la calculada debido a una escasez de helio en el núcleo a causa de procesos que mezclaran parte del helio producido con el manto, lo cual reduciría el equilibrio de la PPII. Actualmente el problema va camino de resolverse al plantearse la teoría de la oscilación de neutrinos.
Oscilación de neutrinos
Existen tres tipos de neutrinos asociados a cada una de las familias leptónicas (sabores): neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico, más sus respectivas antipartículas. Los neutrinos pueden pasar de una familia a otra (cambiar de sabor) en un proceso conocido como oscilación de neutrinos. Esta se debe a que los neutrinos interactúan con las cargas débiles de las otras partículas de masa mayor: dado su bajísimo peso, son repelidos a velocidades cercanas a la de la luz pero no salen de la estructura del átomo, sino que inmeditamente son atraídos por otras partículas subatómicas de cargas contrarias. No obstante, al irse acercando a ésta son rechazados nuevamente por otra partícula cercana, de igual carga y de masa millones de veces mayor.
¿Donde está ubicado el neutrino en el conjunto de las partículas elementales?De acuerdo al modelo standard las partículas se dividen en fermiones (materiales) y bosones (portadoras de las fuerzas). Los fermiones a su vez se dividen en quarks y leptones. Los leptones están compuestos por electrones, muones y tauones y por neutrinos electrónicos, muónicos y tauónicos, más las respectivas antipartículas de todos ellos.
Más información sobre ArgoNeuT y los neutrinos::
- The MINOS Experiment and NuMI Beamline
- Argoneut
- Simmetry - Today, Agosto 2008
- Simmetry Breaking, Agosto 2008
- Neutrino
- El problema de los neutrinos solares
Fuentes:
Artículo original en Symmetry Breaking de Fermilab/SLAC: A milestone for ArgoNeuT
Créditos::
- Tres fotos de Argoneut: Fermilab
- Logotipo de ArgoNeuT: Fermilab
- Mapa de laboratorios y aceleradores: Fermilab
- Modelo standard: David Ward and Christopher Lester, Universidad de Cambridge.
- Cadena protón-protón: Wikipedia (verificado)
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