China estrena su poderoso detector “Partículas fantasmas”

Ubicado a 700 metros bajo tierra en la provincia de Guangdong, la esfera mide 34 metros.

Por Fabián Pizarro

El detector esférico transparente más grande del mundo comenzó a operar en China este martes, convirtiéndose en la primera instalación científica ultragrande operativa del mundo dedicada a la investigación de neutrinos con una precisión ultra alta.

Tras completar el llenado de su detector de centelleadores líquidos de 20.000 toneladas, el Observatorio Neutrino Subterráneo de Jiangmen (JUNO, por sus siglas en inglés), en la provincia de Guangdong, en el sur de China, comenzó a tomar datos después de más de una década de preparación y construcción.

Los datos iniciales tomados durante una operación de prueba mostraron que los indicadores clave de rendimiento cumplieron o superaron las expectativas de diseño. Este éxito posiciona a JUNO para abordar una de las principales preguntas en la física de partículas en esta década: el ordenamiento de masas de neutrinos.

"Comparar el llenado del detector JUNO y los datos iniciales marcando un hito histórico. Por primera vez, hemos puesto en funcionamiento un detector de esta escala y precisión dedicado a los neutrinos. JUNO nos permitirá responder preguntas fundamentales sobre la naturaleza de la materia y el universo", dijo Wang Yifang, portavoz de JUNO e investigador del Instituto de Física de Alta Energía (IHEP) de la Academia China de Ciencias (CAS) a Xinhua. 

Dado que los neutrinos rara vez interactúan con la materia ordinaria, pueden fácilmente atravesar nuestros cuerpos, edificios, o incluso toda la Tierra sin sentirse, ganándose el apodo de "partículas fantasmas". Debido a su naturaleza esquiva, los neutrinos son las partículas fundamentales menos entendidas, que requieren detectores masivos para capturar sus huellas más débiles.

Al pasar por el detector, los neutrinos tienen una pequeña posibilidad de chocar con los núcleos de hidrógeno en el líquido, desencadenando destellos extremadamente débiles, que pueden ser detectados por los tubos foto-multiplicadores (PMT) y luego convertidos en señales eléctricas.

Situada a 700 metros bajo tierra cerca de Jiangmen, en la provincia de Guangdong, JUNO detecta antineutrinos producidos por las centrales nucleares de Taishan y Yangjiang a 53 kilómetros de distancia y mide su espectro energético con precisión récord. A diferencia de otros enfoques, la determinación de JUNO del ordenamiento de masas es independiente de los efectos de la materia en la Tierra y en gran medida libre de degeneraciones con otros parámetros de oscilación de neutrinos.

JUNO también permitirá estudios de vanguardia de neutrinos del Sol, supernovas, la atmósfera y la Tierra. Abrirá nuevas ventanas para explorar física desconocida, incluyendo búsquedas de neutrinos estériles y desintegración de protones, según el IHEP.

Propuesto en 2008 y aprobado por la CAS y la provincia de Guangdong en 2013, JUNO comenzó la construcción subterránea en 2015. La instalación de detectora se inició en diciembre de 2021 y se completó en diciembre de 2024, seguida del procedimiento de llenarla con agua ultrapura y cálido.

En el corazón de JUNO hay un detector de ccintillas líquidos con una masa sin precedentes de 20.000 toneladas, alojados en el centro de una piscina de agua de 44 metros de profundidad. Una truss de acero inoxidable de 41,1 metros de diámetro soporta la esfera de acrílico de 30,4%s, el estantillador líquido, más de 45.000 PMT y muchos otros componentes clave como cables, bobinas de blindaje magnético y desconexiones de luz.

"Construir JUNO ha sido un viaje de desafíos extraordinarios. Exigió no sólo nuevas ideas y tecnologías, sino también años de planificación cuidadosa, pruebas y perseverancia", dijo Ma Xiaoyan, ingeniero jefe de JUNO.

"Conocer los estrictos requisitos de pureza, estabilidad y seguridad pidió la dedicación de cientos de ingenieros y técnicos. Su trabajo en equipo y su integridad han convertido un diseño audaz en un detector de funcionamiento, que ahora está listo para abrir una nueva ventana en el mundo del neutrino", agregó.

JUNO es alojada por el IHEP e involucra a más de 700 investigadores de 74 instituciones de 17 países y regiones, según el IHEP.

"El logro histórico que anunciamos hoy también es el resultado de la fructífera cooperación internacional asegurada por muchos grupos de investigación fuera de China, trayendo a JUNO su experiencia de anteriores grupos de estanctarios líquidos", dijo Gioacchino Ranucci, profesor de la Universidad de Milán y del instituto nacional de física nuclear de Italia.

"La comunidad mundial de la crontilla de líquidos ha llevado la tecnología a su última frontera, abriendo el camino hacia los ambiciosos objetivos físicos del experimento", agregó Ranucci, también portavoz adjunto de JUNO.

Según el IHEP, JUNO está diseñada para tener una vida científica de hasta 30 años. Se puede actualizar en una instalación de investigación líder mundial que sondea la escala de masa absoluta de neutrinos y prueba si los neutrinos son partículas de Majorana -partículas que son idénticas a sus propias antipartículas. Abordará cuestiones fundamentales a través de la física de partículas, la astrofísica y la cosmología, dando forma profunda a nuestra comprensión del universo.