DUNE: la evolución del universo

Por Amelia Gutiérrez Solís

Colima, Colima. 10 de octubre de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- La Universidad de Colima (Ucol), el Centro de Investigaciones y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN) y la Universidad de Guanajuato (Ugto) colaboran en el proyecto internacional Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE, Experimento de Neutrinos a Gran Profundidad), en el que más de mil científicos de aproximadamente 160 instituciones de 30 países estudian qué rol desempeñan los neutrinos en la evolución del universo.

El doctor en física Omar Gustavo Miranda Romagnoli, del Cinvestav, señaló que el Experimento de Neutrinos a Gran Profundidad está contemplado para ser uno de los proyectos de mayor importancia en el área de neutrinos en las próximas décadas. 

Dr.Omar Miranda.“De la misma forma que otros experimentos han dado resultados de primera importancia, revolucionando en algunos casos nuestra visión de la materia, este experimento espera encontrar nuevas mediciones clave en el área de física de partículas elementales”, indicó el investigador nacional nivel II.

Miranda Romagnoli mencionó que la participación de investigadores mexicanos permitirá aportar su experiencia para ayudar a obtener estas mediciones y al mismo tiempo plantearán problemas por resolver, los cuales darán origen a investigaciones originales en áreas de frontera que son del mayor interés en la actualidad.

Tras señalar que el experimento se enmarca en la física de partículas elementales y específicamente en la física de neutrinos, el experto detalló que la física de partículas busca explicar los componentes últimos de la materia y entre sus logros más recientes está el descubrimiento del bosón de Higgs, pieza clave en el entendimiento de la masa de las partículas.

“Los neutrinos son partículas subatómicas que interaccionan muy débilmente y que, por lo tanto, son muy difíciles de detectar. No tienen ningún efecto en nuestro organismo pero son de gran importancia como mecanismo de enfriamiento en las estrellas”, afirmó el doctor en física durante la entrevista con la Agencia Informativa Conacyt.

Detalló que el sol produce una gran cantidad de neutrinos y más de diez mil millones de estas partículas atraviesan nuestro cuerpo cada segundo, sin que exista ningún efecto.

Además dijo que existen tres tipos de neutrinos, los cuales han sido ya detectados en diversos experimentos, pero un efecto de gran interés son las oscilaciones de neutrinos, ya que a través de su recorrido los neutrinos pueden cambiar de tipo debido a un efecto cuántico que ahora es conocido.

“El proyecto DUNE consiste en generar un haz de neutrinos en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), en el estado de Illinois, Estados Unidos, que viajará por el interior de la Tierra hasta Sanford, en Dakota del Sur, en donde estos neutrinos serán detectados después de viajar mil 300 kilómetros”, explicó.

El experimento DUNE también será capaz de detectar los neutrinos provenientes de una supernova cercana en el caso de que este fenómeno ocurriera mientras DUNE esté funcionando.

“Nuestra institución participará en el estudio de posibles señales de nueva física en el experimento DUNE y también colaborará en el desarrollo de los sistemas de detección del experimento”, resaltó Miranda Romagnoli.

El investigador señaló que el objetivo principal de DUNE es medir una de las propiedades de simetría más importantes en los componentes fundamentales de la materia: la simetría de conjugación de carga y de paridad, ya que el rompimiento de esta simetría es una condición fundamental para que exista más materia que antimateria en el universo.

En lo que se refiere a los quarks, que son partículas que forman los protones y neutrones, entre otras partículas, esta simetría está rota en una proporción muy pequeña, insuficiente para explicar la asimetría entre materia y antimateria que existe actualmente. Pero en el caso de los neutrinos existen fuertes indicios de que esta simetría no es respetada y es de gran importancia confirmarlo.

La simetría de carga y paridad consiste en cambiar el signo a la carga eléctrica de una partícula y a todos sus números cuánticos internos, además de invertir la posición espacial de la partícula, especificó.

Dentro del proyecto DUNE se estudia cuál sería la robustez de la medición de la violación de la simetría de carga y paridad si en la naturaleza existieran más tipos de neutrinos que los que actualmente han sido descubiertos, y también analizan las capacidades de DUNE para detectar señales de nueva física que pudieran explicar por qué los neutrinos tienen una masa tan pequeña, cercana a cero.

“Una vez encontrada esta medición quedará todavía un largo camino por recorrer para saber cuáles serán las implicaciones, por ejemplo en la asimetría materia-antimateria en el universo y cómo se podría explicar que distintos tipos de partículas como los quarks y neutrinos tengan distinto grado de rompimiento de esta simetría”, señaló el físico.

Miranda Romagnoli, quien fue invitado a colaborar desde el inicio del proyecto y decidió participar dada la importancia de este, dijo que se tiene contemplado que jóvenes estudiantes se incorporen al Experimento de Neutrinos a Gran Profundidad.

El investigador del Cinvestav se ha dedicado a investigar la física de neutrinos desde hace 20 años, siendo su área de trabajo la fenomenología, es decir, mediante el uso de los datos experimentales obtiene implicaciones de interés para la física teórica y viceversa.

Por ejemplo, ha hecho análisis de datos de neutrinos solares que han motivado a algunos teóricos a proponer modelos específicos de física más allá del modelo estándar, y también basado en modelos teóricos de nueva física ha llamado la atención sobre experimentos de muy baja energía que podrían ser útiles para probar dichos modelos.

Ucol colabora en proyectos de Fermilab

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el coordinador de Investigación Científica de la Ucol, Alfredo Aranda Fernández, sostuvo que DUNE se desarrolla en Fermilab, que es un laboratorio nacional del Departamento de Energía de los Estados Unidos.

Dr. Alfredo Aranda Fernández.“La participación individual de cada institución e incluso de cada país tendrá múltiples facetas. En este momento, la fase de la colaboración consiste en el diseño de los detectores que se construirán para llevar a cabo los experimentos”, señaló el doctor en física, nivel III en el Sistema Nacional de Investigadores (SNI).

La colaboración de la Ucol en DUNE contempla dos áreas generales. Una de ellas son los estudios fenomenológicos, que consisten en utilizar los modelos de la naturaleza para ir orientando las búsquedas.

“A la Universidad de Colima le interesa tener un grupo de investigadores que esté directamente trabajando en Fermilab, en el desarrollo de tecnología, en los prototipos de detectores y en la parte de aceleradores, por ello el rector José Eduardo Hernández Nava, en febrero de este año, firmó un acuerdo de colaboración con Fermilab”, resaltó Aranda Fernández.

El propósito es que el próximo año la Ucol contrate, por medio de una convocatoria internacional, a dos expertos en el área fenomenológica o experimental enfocada en neutrinos o en materia oscura, que Fermilab está promoviendo como los proyectos del futuro.

“Los estudiantes de la Ucol tendrán la oportunidad de pasar veranos en Fermilab, realizar estancias de investigación y proyectos de tesis, además de que los egresados podrán desarrollar posgrados en ese laboratorio y se seguirán formando en esta colaboración que tiene una vigencia de entre 20 y 30 años”, expuso.

A partir de este año, la máxima casa de estudios en la entidad ha realizado una serie de cursos de preparación, en los cuales la Facultad de Ciencias y el Centro Universitario de Investigación en Ciencias Básicas (CUICBAS) reunieron a un grupo de estudiantes de diferentes facultades para irlos entrenando y después seleccionarán a las personas que pudieran participar en estos proyectos que desarrolla Fermilab.

“Tenemos la esperanza de que el primer grupo de estudiantes se vaya a finales de este año o principios de 2018, pero las fechas y duraciones de las estancias van a variar dependiendo de los perfiles de los estudiantes y de las necesidades particulares de Fermilab”, indicó el coordinador de Investigación Científica.

Finalmente, señaló que DUNE, junto con otros experimentos que analizan las propiedades de los neutrinos, ayudará a entender cómo se formó la materia, las galaxias y el universo.

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