Las diminutas partículas conocidas como neutrinos son una excelente herramienta para estudiar el funcionamiento interno de los núcleos atómicos. A diferencia de los electrones o protones, los neutrinos no tienen carga eléctrica, e interactúan con el núcleo de un átomo solo a través de la fuerza nuclear débil. Esto los convierte en una herramienta única para sondear los componentes básicos de la materia. Pero el desafío es que los neutrinos son difíciles de producir y detectar, y es muy difícil determinar la energía que tiene un neutrino cuando choca contra un átomo.

Esta semana, un grupo de científicos que trabajaba en el experimento MiniBooNE en el Fermilab del Departamento de Energía informó un gran avance:pudieron identificar neutrinos muónicos de energía exactamente conocida que golpeaban los átomos en el corazón de su detector de partículas. El resultado elimina una fuente importante de incertidumbre al probar modelos teóricos de interacciones de neutrinos y oscilaciones de neutrinos.

"El tema de la energía de los neutrinos es tan importante, "dijo Joshua Spitz, Norman M. Leff, profesor asistente de la Universidad de Michigan y co-líder del equipo que hizo el descubrimiento, junto con Joseph Grange en el Laboratorio Nacional Argonne. "Es extraordinariamente raro conocer la energía de un neutrino y cuánta energía transfiere al átomo objetivo. Para estudios de núcleos basados ​​en neutrinos, esta es la primera vez que se logra ".

Para obtener más información sobre los núcleos, Los físicos disparan partículas a los átomos y miden cómo chocan y se dispersan. Si la energía de una partícula es suficientemente grande, un núcleo golpeado por la partícula puede romperse y revelar información sobre las fuerzas subatómicas que unen al núcleo.

Pero para obtener las mediciones más precisas, los científicos necesitan conocer la energía exacta de la partícula que rompe el átomo. Ese, sin embargo, casi nunca es posible cuando se realizan experimentos con neutrinos.

Al igual que otros experimentos de neutrinos muónicos, MiniBooNE utiliza un haz que comprende neutrinos muónicos con una variedad de energías. Dado que los neutrinos no tienen carga eléctrica, los científicos no tienen un "filtro" que les permita seleccionar neutrinos con una energía específica.

Científicos de MiniBooNE, sin embargo, Se le ocurrió una forma inteligente de identificar la energía de un subconjunto de neutrinos muónicos que impactan en su detector. Se dieron cuenta de que su experimento recibe algunos neutrinos muónicos que tienen la energía exacta de 236 millones de electronvoltios (MeV). Estos neutrinos provienen de la desintegración de los kaones en reposo a unos 86 metros del detector MiniBooNE que emerge del núcleo de aluminio del absorbedor de partículas de la línea de luz NuMI. que fue construido para otros experimentos en Fermilab.

Los kaones energéticos se desintegran en neutrinos muónicos con una variedad de energías. El truco consiste en identificar los neutrinos muónicos que emergen de la desintegración de los kaones en reposo. La conservación de la energía y el momento requiere que todos los neutrinos muónicos que emergen de la desintegración del kaón en reposo tengan exactamente la energía de 236 MeV.

"No es frecuente en la física de neutrinos que conozcas la energía del neutrino entrante, ", dijo el co-portavoz de MiniBooNE Richard Van De Water del Laboratorio Nacional de Los Alamos." Con la primera observación de MiniBooNE de neutrinos de muones monoenergéticos de la desintegración de kaones, podemos estudiar las interacciones de la corriente cargada con una sonda conocida que permite a los teóricos mejorar sus modelos de sección transversal. Este es un trabajo importante para los futuros programas de neutrinos de línea de base corta y larga en Fermilab ".

Este análisis se realizó con datos recopilados de 2009 a 2011.

"El resultado es notable, "dijo Rex Tayloe, co-portavoz de la colaboración MiniBooNE y profesor de física en la Universidad de Indiana en Bloomington. "Pudimos extraer este resultado gracias al detector MiniBooNE bien entendido y nuestros cuidadosos estudios previos de las interacciones de neutrinos durante 15 años de recopilación de datos".

Spitz y sus colegas ya están trabajando en el próximo resultado de neutrinos monoenergéticos. Un segundo detector de neutrinos ubicado cerca de MiniBooNE, llamado MicroBooNE, también recibe neutrinos muónicos del absorbedor NuMI, 102 metros de distancia. Dado que MicroBooNE utiliza tecnología de argón líquido para registrar las interacciones de neutrinos, Spitz es optimista de que los datos de MicroBooNE proporcionarán aún más información.

"MicroBooNE proporcionará mediciones más precisas de este neutrino de energía conocida, ", dijo." Los resultados serán extremadamente valiosos para futuros experimentos de oscilación de neutrinos ".

El resultado de MiniBooNE se publicó el 6 de abril de 2018, cuestión de Cartas de revisión física .