Los neutrinos son las más ligeras de todas las partículas conocidas que tienen masa. Sin embargo, su comportamiento mientras viajan podría ayudar a responder uno de los mayores acertijos de la física:por qué el universo actual está compuesto principalmente de materia cuando el Big Bang debería haber producido cantidades iguales de materia y antimateria. En dos artículos recientes, la colaboración NA61 / SHINE informa de las mediciones de partículas que son cruciales para los experimentos basados ​​en aceleradores que estudian el comportamiento de los neutrinos.

Los neutrinos vienen en tres tipos, o "sabores, "y los experimentos de neutrinos miden con cada vez mayor detalle cómo ellos y sus contrapartes de antimateria, antineutrinos, "Oscilan" de un sabor a otro mientras viajan. Si resulta que los neutrinos y los antineutrinos oscilan de forma diferente entre sí, esto puede explicar parcialmente el desequilibrio actual entre materia y antimateria.

Los experimentos de neutrinos basados ​​en aceleradores buscan oscilaciones de neutrinos produciendo un haz de neutrinos de un sabor y midiendo el haz después de que ha viajado una gran distancia. Los rayos de neutrinos se producen típicamente disparando un rayo de protones de alta energía en largos, blancos delgados de carbono o berilio. Estas interacciones protón-objetivo producen hadrones, como piones y kaones, que se enfocan usando cuernos de aluminio magnéticos y se dirigen a túneles largos, en el que se transforman en neutrinos y otras partículas.

Para obtener una medición confiable de las oscilaciones de neutrinos, los investigadores que trabajan en estos experimentos necesitan estimar el número de neutrinos en el haz antes de la oscilación y cómo este número varía con la energía de las partículas. Estimar este "flujo de neutrinos" es difícil, porque los neutrinos interactúan muy débilmente con otras partículas y no se pueden medir fácilmente. Para evitar esto los investigadores estiman en cambio el número de hadrones. Pero medir la cantidad de hadrones también es un desafío, porque hay demasiados para medirlos con precisión.

Aquí es donde entran en juego experimentos como NA61 / SHINE en el Sincrotrón Super Proton del CERN. NA61 / SHINE puede reproducir las interacciones protón-objetivo que generan los hadrones que se transforman en neutrinos. También puede reproducir las interacciones posteriores que experimentan los protones y los hadrones en los objetivos y los cuernos de enfoque. Estas interacciones posteriores pueden producir hadrones adicionales productores de neutrinos.

La colaboración NA61 / SHINE ha medido previamente los hadrones generados en experimentos a 31 GeV / c de energía de protones (donde c es la velocidad de la luz) para ayudar a predecir el flujo de neutrinos en el experimento de oscilación de neutrinos de Tokai a Kamioka (T2K) en Japón. . La colaboración también ha ido recopilando datos a energías de 60 y 120 GeV / c en beneficio del MINERνA, Experimentos NOνA y DUNE en Fermilab en EE. UU. El análisis de estos conjuntos de datos está progresando bien y, más recientemente, ha dado lugar a dos artículos:uno que describe las medidas de las interacciones de los protones con el carbono, berilio y aluminio, y otro informe de mediciones de interacciones de piones con carbono y berilio.

"Estos resultados son cruciales para los experimentos de neutrinos de Fermilab, "dice Laura Fields, miembro colaborador de NA61 / SHINE y co-portavoz de MINERνA. "Para predecir los flujos de neutrinos para estos experimentos, los investigadores necesitan una simulación extremadamente detallada de toda la línea de luz y todas las interacciones que ocurren dentro de ella. Para esa simulación, necesitamos saber la probabilidad de que ocurra cada tipo de interacción, las partículas que se producirán, y sus propiedades. Por lo tanto, las mediciones de interacción como las más recientes serán vitales para que estas simulaciones sean mucho más precisas. " ella explica.

"Mirando hacia el futuro, NA61 / SHINE se centrará en las mediciones para la próxima generación de experimentos de oscilación de neutrinos, incluyendo DUNE y T2HK en Japón, para permitir que estos experimentos produzcan resultados de alta precisión en física de neutrinos, Fields concluye.