Experimento Subterráneo Pregunta Por Qué No Somos Antimateria

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El proyecto majorana demonstrator buscará un proceso de descomposición de partículas teórico denominado desintegración beta doble sin neutrinas que podría iluminar la naturaleza de la antimateria.

Un nuevo experimento enterrado en una mina de Dakota del Sur tiene como objetivo detectar descomposiciones de partículas raras que podrían explicar el misterio de la antimateria.

Los científicos no saben por qué el universo está hecho de materia y no de antimateria, pero esperan encontrar diferencias en la forma en que se comportan estos dos tipos de cosas que podrían explicar la discrepancia. Las partículas de antimateria tienen la misma masa que sus homólogos de materia normal, pero la carga y el espín son opuestos.

El esfuerzo de Dakota del Sur, llamado el demostrador de Majorana, tiene como objetivo observar un proceso teorizado, pero nunca visto, denominado desintegración beta doble sin neutro.

Los núcleos atómicos inestables (los núcleos de los átomos que contienen protones y neutrones) soltarán un neutrón en un proceso conocido como desintegración beta. El neutrón se transforma en un protón al liberar un electrón y una pequeña partícula llamada neutrino. [5 Partículas esquivas más allá de los Higgs]

A veces, dos neutrones se pierden en un proceso llamado decaimiento beta doble, que generalmente libera dos electrones y dos antineutrinos (las partículas de neutrinos, las contrapartes de la antimateria). Pero los científicos también han teorizado que dos neutrones podrían convertirse en dos protones y dos electrones, sin producir ningún antineutrino, un proceso denominado desintegración beta doble sin neutro.

Si tal transformación fuera posible, significaría que los neutrinos y los antineutrinos son la misma partícula. Los científicos llaman partículas como estas, que son sus propias contrapartes de antimateria, las partículas de Majorana.

Cualquier nueva pista sobre la naturaleza de la antimateria podría ayudar a dilucidar por qué el universo contiene tan poco.

"Podría explicar por qué estamos aquí", dijo en un comunicado David Radford, físico del Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee, que trabaja en el proyecto de manifestante de Majorana. "Podría ayudar a explicar por qué existe el asunto del que estamos hechos".

El Demostrador de Majorana, una colaboración entre científicos de los Estados Unidos, Rusia, Japón y Canadá, tiene como objetivo buscar evidencia de desintegración beta doble sin neutro en átomos de germanio-76, una versión ligeramente radiactiva de germanio. El experimento incluirá finalmente 30 detectores de germanio, cada uno con un peso de 2.2 lbs (1 kilogramo).

Construir estos detectores es un esfuerzo complejo. Para empezar, los científicos tuvieron que obtener 93.7 lbs (42.5 kg) de polvo de óxido de germanio blanco enriquecido al 86 por ciento de una instalación de enriquecimiento de Rusia, una muestra valorada en $ 4 millones. Esta energía tenía que ser procesada, purificada y refinada en barras de germanio de metal que luego se podían convertir en detectores cilíndricos separados que forman el experimento.

Además, el material debe almacenarse y protegerse cuidadosamente para protegerlo contra partículas cargadas del espacio llamadas rayos cósmicos. Es por eso que el experimento se está construyendo a 4,850 pies (1,478 metros) bajo tierra en el Laboratorio de Investigación Subterránea de Sanford (SURF) en Lead, S.D.

"Los rayos cósmicos transforman los átomos de germanio en átomos radiactivos de larga vida, a una tasa de aproximadamente dos átomos por día por kilogramo de germanio", dijo Radford. "Incluso esos dos átomos al día se sumarán al fondo en nuestro experimento. Así que usamos almacenamiento subterráneo para reducir la exposición a los rayos cósmicos en un factor de 100".

Hasta ahora, Radford y sus colegas de Oak Ridge han entregado nueve de los detectores enriquecidos a las instalaciones de Dakota del Sur. Se espera que la suite completa de 30 detectores esté completa para 2015.

"El esfuerzo de investigación es el primer paso importante hacia la construcción de un detector de una tonelada, un proyecto potencialmente digno de un Premio Nobel", dijo Radford.

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