Tokai to Kamioka T2K

Uma experiência de física de partículas que pode parecer por demais estranho a especialistas e tão gigantesco como costumam fazê-los cientístas dessa especialidade, começa a funcionar no Japão.

Se trata de gerar e enviar um feixe muito intenso de neutrinos -partículas que apenas interagem com aa matária- desde um laboratório nla costa leste japonesa, em Tokai, fazer essas partículas cruzarem o Japão sob a terra e captá-las em um detector subterrâneo localizado na costa Oeste, em Kamioka.

Há três tipos de neutrinos e, ao propagar-se entre a origen e o destino do experimento (295 quilômetros), se terão transformado de um tipo em outro. O experimento - do qual participam 508 cientistas de 12 países, chama-se Tokai to Kamioka (T2K, Tokai to Kamioca).

O primeiro passo, cumprido com sucesso há poucos dias, consistiu em registrar três neutrinos em um dos detectores localizados perto do feixe inicial, e se encarregará de tomar medidas precisas das características dessas partículas.

O sistema completo, com a detecção de neutrinos em Kamioka, deve começar a funcionar em 2010.

Detector inicial do experimento T2K, que mede as propriedades do feixe de neutrinos antes que percorra os 295 quilômetros até o detector Superkamiokande

O T2K" T2K está prestes a revelar outros mistérios dos neutrinos, propriedades desconhecidas deles", diz Koichiro Nishikawa, fundador do equipamento científico do experimento.

Os físicos de partículas consideram que a pesquisa dos neutrinos poderá ajudar a compreender o papel dessas partículas no cosmos primitivo e até resolver o mistério de haver mais matéria que antimatéria no universo.

Os três tipos destas partículas são: neutrino do elétron, neutrino do muón e neutrino do tau. "No prazo de um ano, o T2K terá muito mais sensibilidade para determinar as propriedades dos neutrinos que qualquer experimento anterior e iniciará a procura do desconhecido", declarou Dave Wark, físico do Imperial College de Londres e porta-voz do T2K.

O experimento supõe um passo a mais na já longa trajetória de exploração destas partículas, tão difíceis de detectar (como apenas interagem com a matéria, tampouco o fazem com a matéria dos detectores).

Armadilhas para neutrinos foram construídas em diferentes continentes (inclusive a Antártida) e no mar (com sensores introduzidos no gelo ou na água). Os dados desmentiram uma suposição do chamado Modelo Estandar de física de partículas: que os neutrinos não têm massa.

Na verdade, têm, ainda que mínima. Sem massa não teriam essa característica denominada oscilação, pela qual um neutrino de um tipo se transforma em um de outro tipo ao percorrer uma distância suficiente -daí a necessidade de localizar longe do detector da fonte dessas partículas neste tipo de experimentos.

No caso dos neutrinos que são gerados no Sol é a distância percorrida até a Terra que permite essa transmutação.O T2K, de costa a costa, é formado por um novo acelerador de partículas, o sincrotrón do laboratório J-Parc; um sistema de branco e ímãs para produzir neutrinos a partir de prótons, e dois detectores situados a 280 metros para medir com precisão todas as características -energia, direção e tipo - antes de sair do laboratório de Tokai.

Un experimento de física de partículas que puede parecer de lo más extraño a los no especialistas y tan gigantesco como suelen hacerlos los científicos de esa especialidad, ha empezado a funcionar en Japón.

Se trata de generar y enviar un haz muy intenso de neutrinos -partículas que apenas interaccionan con la materia- desde un laboratorio en la costa Este nipona (en Tokai), hacer que esas partículas crucen Japón bajo tierra y captarlas en un detector subterráneo ubicado en la costa Oeste (en Kamioka).

Hay tres tipos de neutrinos y, al propagarse entre el origen y el destino del experimento (295 kilómetros), se habrán transformado de uno en otro. El experimento -en el que participan 508 científicos de 12 países, incluida España- se llama Tokai to Kamioka (T2K, Tokai to Kamioca).

El primer paso, cumplido con éxito hace unos días, ha consistido en registrar tres neutrinos en uno de los detectores ubicados cerca del haz inicial, que se encargará de tomar medidas precisas de las características de esas partículas. El sistema completo, con la detección de neutrinos en Kamioka, debe empezar a funcionar el año que viene.

Detector inicial del experimento T2K, que mide las propiedades del haz de neutrinos antes de que éste recorra los 295 kilómetros hasta el detector Superkamiokande- T2K

"El T2K está a punto de desvelar otros misterios de los neutrinos, propiedades desconocidas de ellos", ha dicho Koichiro Nishikawa, fundador del equipo científico del experimento. Los físicos de partículas consideran que la investigación de los neutrinos puede ayudar a comprender el papel de estas partículas en el cosmos primitivo e incluso a resolver el misterio de por qué hay más materia que antimateria en el universo.

Los tres tipos de estas partículas son: neutrino del electrón, neutrino del muón y neutrino del tau. "En el plazo de un año, el T2K tendrá mucha más sensibilidad para determinar las propiedades de los neutrinos que cualquier experimento anterior y empezará la búsqueda de lo desconocido", ha declarado Dave Wark, físico de Imperial College de Londres y uno de los portavoces de T2K.

El experimento supone un paso más en la ya larga trayectoria de exploración de estas partículas, tan difíciles de detectar (como apenas interaccionan con la materia, tampoco lo hacen con la materia de los detectores). Trampas de neutrinos se han construido en diferentes continentes (incluida la Antártida) y en el mar (con sensores introducidos en el hielo o el agua).

Los datos han desmentido una presunción del llamado Modelo Estándar de física de partículas: que los neutrinos no tienen masa. En realidad si que la tienen, aunque sean muy ligeros. Sin masa no tendrían esa característica denominada oscilación, por la que un neutrino de un tipo se transforma en uno de otro tipo al recorrer una distancia suficiente -de ahí la necesidad de ubicar lejos el detector de la fuente de esas partículas en este tipo de experimentos-. En el caso de los neutrinos que se generan en el Sol es la distancia recorrida hasta la Tierra la que permite esa transmutación.

El T2K, de costa a costa, está formado por un nuevo acelerador de partículas, el sincrotrón del laboratorio J-Parc; un sistema de blanco e imanes para producir haces de neutrinos a partir de los haces de protones, y dos detectores situados a 280 metros para medir con precisión todas las características -energía, dirección y tipo- de esos haces antes de salir del laboratorio de Tokai.

Así emprenden el viaje de 295 kilómetros bajo tierra -sin apenas interaccionar con nada- hasta Kamioka, donde está el detector principal, el ya veterano pero actualizado Superkamiokande. Los responsables del experimento han destacado que para uno de los dos detectores cercanos al acelerador, el Ingrid, que ha registrado los primeros neutrinos, se ha adaptado un gran imán donado por el Laboratorio Europeo de Física de partículas (CERN) que lo utilizó en antiguos detectores suyos.

Científicos españoles del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) y del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), llevan seis años trabajando en este proyecto, contribuyendo a la construcción de los detectores, informa el CPAN (Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear).

El plan de trabajo con el T2K es, a medio plazo, mejorar la sensibilidad de los equipos hasta el punto de poder detectar no sólo los tres modos de oscilación de neutrinos previstos sino obtener medidas tan precisas que permitan comparar las oscilaciones de neutrinos y de antineutrinos, lo que permitirá explorar la física de la antimateria desde esta perspectiva, ha explicado en un comunicado de las instituciones japonesas implicadas: J-Parc (Japan Proton Accelerator Research Complex), KEK y el mismo T2K.

El detector Superkamiokande está instalado a mil metros bajo tierra en una antigua mina. Es una vasija de 40 metros de alto y otros tantos de diámetro con 50.000 toneladas de agua; 11.000 detectores especiales instalados en las paredes internas registran las señales que producen los neutrinos al interaccionar, muy de vez en cuando, con el agua. Empezó a funcionar hace más de 25 años, pero ha sido actualizado varias veces y actualmente funciona como Superkamiokande III.

Entre sus éxitos destaca la detección y estudio de neutrinos solares, pero también, el registro, en 1987, de los neutrinos generados en una supernova que explotó en una galaxia cercana, la Gran Nube de Magallanes, formándose una estrella de neutrones o tal vez un agujero negro.

También ha sido fundamental el superkamiokande en estudios precedentes de oscilaciones de neutrinos. De hecho, el T2K es una versión avanzada del experimento anterior, el K2K, en el que los neutrinos se han producido y detectado en el mismo complejo de Kamioka.

"Estoy tremendamente satisfecho de ver las primeras detecciones [del T2K] ; es el resultado de mucho trabajo duro de mucha gente", dijo Wark al celebrar los primeros pasos del nuevo experimento.

"Creo que nos tomaremos un par de vasos de sake y les enviaremos una botella al CERN, que van a necesitar varias botellas ellos también para celebrar". El nuevo acelerador de partículas LHC, en el CERN está empezando también estos días a funcionar.