El detector de neutrinos esféricos transparentes más grande del mundo completó su llenado de líquido y comenzó a recopilar datos el martes en Jiangmen, provincia de Guangdong, sur de China. Esto marca un avance significativo en los estudios de vanguardia de la física de partículas, la astrofísica y la cosmología.
El Observatorio Subterráneo de Neutrinos de Jiangmen (JUNO), ubicado a 700 metros bajo tierra, detecta neutrinos producidos a 53 kilómetros de distancia por las centrales nucleares de Taishan y Yangjiang y mide su espectro energético con una precisión récord.
Los neutrinos son conocidos como «partículas fantasma» debido a su naturaleza esquiva y al papel que desempeñan en el desentrañar profundos misterios cósmicos.
«La finalización y puesta en funcionamiento del detector JUNO marca un hito histórico, ya que se trata de la primera gran instalación científica de su escala y precisión dedicada a la investigación de neutrinos a nivel mundial. JUNO nos permitirá responder preguntas fundamentales sobre la naturaleza de la materia y el universo», declaró Wang Yifang, académico de la Academia China de Ciencias.
En comparación con el mejor nivel internacional, el volumen del centelleador líquido de JUNO se ha multiplicado por 20. Además, su determinación del ordenamiento de masas es independiente de los efectos de la materia en la Tierra y prácticamente libre de degeneraciones de parámetros, lo que permite triplicar el rendimiento de fotoelectrones y alcanzar una resolución energética sin precedentes del 3%.
Li Yufeng, investigador del Instituto de Física de Altas Energías de la Academia China de Ciencias, afirmó que JUNO está diseñado para determinar la ordenación de masas de los tres tipos de neutrinos, cuya masa total es inferior a 0,12 electronvoltios, o aproximadamente una millonésima parte de la masa de un electrón. La naturaleza casi nula de los neutrinos dificulta su estudio; sin embargo, comprenderlos podría ayudar a explicar misterios fundamentales de la composición atómica y la evolución cósmica.
JUNO, cuya construcción subterránea comenzó en 2015, comenzó a llenar 60.000 toneladas métricas de agua ultrapura en diciembre. En los últimos seis meses, se han llenado 20.000 toneladas de centelleador líquido en la esfera acrílica de 35,4 metros de diámetro, ubicada en el centro de una piscina de agua de 44 metros de profundidad. La esfera está rodeada por 45.000 tubos fotomultiplicadores, y el centelleador líquido desplazó el agua durante el llenado. Esta parte constituye el núcleo de JUNO, donde el centelleador líquido actúa como medio de interacción y convertidor de señal para la detección de neutrinos, señaló Li.
«Cuando los neutrinos pasan a través de ella, a veces interactúan con núcleos o electrones, creando partículas cargadas. Estas partículas excitan las moléculas del centelleador, emitiendo tenues destellos de luz llamados fotones de centelleo», explicó Li.
La alta transparencia del líquido permite que estos fotones alcancen los tubos fotomultiplicadores circundantes, que convierten la luz en señales eléctricas. Al analizar la sincronización, la intensidad y la distribución espacial de estas señales, los científicos pueden reconstruir las interacciones de los neutrinos, medir sus energías e identificar sus tipos, añadió.
JUNO está diseñado para una vida útil científica de hasta 30 años, con un plan de actualización fiable para 2030 que permitirá una búsqueda líder mundial de la desintegración doble beta sin neutrinos y estudiará la escala absoluta de masa de los neutrinos, afirmó Li.
Organizado por el Instituto de Física de Altas Energías, la construcción de JUNO involucra a más de 700 investigadores de 74 instituciones en 17 países y regiones.
«El logro histórico que anunciamos hoy también es resultado de la fructífera cooperación internacional de numerosos grupos de investigación fuera de China, que aportan a JUNO la experiencia adquirida en configuraciones previas de centelleadores líquidos», afirmó Gioacchino Ranucci, profesor de la Universidad de Milán e INFN-Milán (Italia), quien participó en la construcción de JUNO.
«La comunidad mundial de centelleadores líquidos ha llevado la tecnología a su límite máximo, allanando el camino hacia los ambiciosos objetivos físicos del experimento», añadió Ranucci.
Antes de JUNO, el detector de neutrinos de primera generación de China, el Experimento de Neutrinos de la Bahía de Daya, también ubicado en la provincia de Guangdong, operó de 2011 a 2020. Descubrió el tercer modo de oscilación de neutrinos, confirmando el paradigma estándar de mezcla de tres neutrinos. Este fue reconocido por la revista Science como uno de los 10 principales avances científicos de 2012.
