Los neutrinos son las particulas elementales menos visibles a pesar de que existen, y abundantemente, en el Universo que nos rodea. Existen tres tipos, o “sabores”, de neutrinos, y se conoce desde finales de los años 90 que tienen la propiedad de transformarse pasando de un tipo a otro. Este fenomeno se conoce como oscilaciones de neutrinos y entre sus implicaciones se encuentra el que los neutrinos deben tener masa. Su descubrimiento a nivel experimental fue reconocido con el Premio Nobel en el ano 2002, y actualmente las oscilaciones de neutrinos representan un campo muy activo de investigación, con varios experimentos en marcha cuyo objetivo es alcanzar una descripción completa del fenomeno.

Son varios los procesos en los que se pueden producir neutrinos, como por ejemplo en el interior del sol por reacciones de fusión nuclear, o a partir de los rayos cosmicos que interaccionan con la atmosfera terrestre. El experimento Double Chooz se diseñó para medir las oscilaciones de neutrinos, con una precision superior a los experimentos precedentes, a partir de la detección de los antineutrinos producidos en los reactores nucleares de Chooz. El experimento empezo a tomar datos en abril 2011, y en la conferencia LowNu 2011 en Corea se han presentado los primeros resultados del análisis. Estos resultados son consistentes con la evidencia de oscilaciones, y se basan en la observacion, por primera vez en este rango de distancias entre reactor y detector, de que se detectan menos antineutrinos de los previstos (desaparición de antineutrinos con respecto al flujo esperado de los reactores).

Los tres diferentes tipos de neutrinos estan relacionados con sus correspondientes leptones cargados asociados: el electrón, el muón y el tau. Las oscilaciones se describen mediante tres parámetros conocidos como ángulos de mezcla, dos de los cuales han sido ya medidos. El tercer ángulo (conocido como q13), contrariamente a los otros dos, es pequeño, y hasta la fecha solamente se ha podido establecer un limite superior a su valor. La medida de la desaparicion de antineutrinos electrónicos presentada por la Colaboración Double Chooz se corresponde con el siguiente valor de la oscilacion asociada al tercer ángulo: sin2(2ƒÆ 13) = 0.085} 0.051. La probabilidad que se obtiene de que no haya oscilación es de solamente el 7,9 %. La medida de este ultimo ángulo de mezcla ƒÆ 13 es crucial para los experimentos futuros que pretendan determinar las diferencias entre oscilaciones de neutrino y antineutrino (violacion de CP en el sector leptonico). Tiene además relación con el posible origen de la asimetría entre materia y antimateria del Universo.

En palabras de Herve de Kerret, portavoz de la Colaboracion Double Chooz: El tercer angulo de mezcla es actualmente la pieza clave que falta por descubrir en la fisica de neutrinos. Medir q13 con precision es tener la llave de acceso a la nueva física mas alla del Modelo Estandar de la Fisica de Particulas, y nos encontramos muy cerca de conseguirlo.

En junio de 2011 se hicieron publicas (experimento T2K con neutrinos producidos en un acelerador en Japon) las primeras indicaciones de la oscilacion entre neutrinos muónicos y neutrinos electrónicos, asociada a este tercer angulo q13. Con la medida de la desaparición de antineutrinos del electrón, la Colaboración Double Chooz presenta resultados complementarios y proporciona una importante evidencia confirmando la oscilación especificamente relacionada con q13.

Double Chooz utiliza un detector ubicado a una distancia de los núcleos de los dos reactores de la planta ligeramente superior a los 1000 metros. La precisión de la medida mejorará en el futuro, y de forma mas significativa a partir de finales de 2012 cuando entre en funcionamiento un segundo detector cercano, situado a unos 400 metros de los reactores, distancia en la que no es de esperar que haya transformaciones de neutrinos de un tipo en otro. La combinación de los resultados de ambos detectores permitirá reducir notáblemente los errores sistemáticos.

Ambos detectores utilizan un liquido centelleador orgánico, especialmente desarrollado para este experimento, como blanco. La reacción que permite detectar los antineutrinos es la desintegración beta inversa. El centelleador esta dopado con gadolinio para detectar los neutrones producidos en la interacción de los antineutrinos.

Otras capas de liquido rodean al blanco y protegen del fondo asociado a otros procesos o a la radiactividad ambiental. Los 390 fotomultiplicadores orientados hacia el blanco captan la luz generada por los productos resultantes de la interaccion y la convierten en señales electrónicas que caracterizan el suceso. Las señales son procesadas por un sistema de adquisición de datos que almacena, para su posterior análisis, la información seleccionada. El experimento tomará datos durante los próximos 5 años. Es de esperar que esta nueva generación de detectores asegure que la física de neutrinos continúe siendo, como hasta la fecha, una de las areas más fructiferas dentro de la física de partículas.

La Colaboración internacional que esta realizando el experimento Double Chooz esta formada por Universidades y Centros de Investigación de Alemania, Brasil, España, Estados Unidos, Francia, Inglaterra, Japon, y Rusia. Por parte española hay que mencionar al grupo de investigadores del Departamento de Investigación Básica del CIEMAT cuya participación en el análisis de los datos del experimento ha sido muy relevante. Este grupo entro a formar parte de la Colaboración Double Chooz en el año 2006 y ha contribuido muy actívamente a la fase de diseño, construcción y puesta a punto del detector. En particular, la actividad del grupo del CIEMAT se ha centrado en el sistema de fotomultiplicadores, su caracterización y calibración, la implementación de su blindaje para minimizar efectos de campo magnético, el diseño y construcción de sus elementos mecánicos de fijación al detector y el desarrollo de diversos componentes electrónicos del sistema de gread-out y de alta tensión.

Artículos relacionados en la red:

Double Chooz Preliminary Results: Neutrino Experiment Detects Disappearance of Neutrinos (techie-buzz.com)

First Double Chooz Neutrino Oscillation Result (quantumdiaries.org)

Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam (nextbigfuture.com)

The neutrino may prove the true revolutionary image of 2011 | Jonathan Jones (guardian.co.uk)

Neutrinos: Ghostly particles with unstable egos (eurekalert.org)

Neutrinos: Ghostly particles with unstable egos (scienceblog.com)