Fermilab busca visitantes de otras dimensiones

La detección de dimensiones extras, más allá de las cuatro familiares -las tres dimensiones del espacio y la del tiempo- sería uno de los mayores, sino el mayor, de los descubrimientos en la historia de la física.

Ahora, científicos en el Laboratorio Fermilab, están diseñando un nuevo experimento que podría investigar sobre las sugerentes pistas de que las dimensiones extras podrían existir de hecho.

Crédito:Boone

El año pasado los investigadores en el estudio de Fermilab llamado MiniBooNE, que detecta las evasivas partículas subatómicas llamadas neutrinos, anunciaron que habían encontrado una sorprendente anomalía. (Ciencia Kanija lo reportó en "MiniBooNE abre la caja") Los neutrinos, que no tienen carga y muy poca masa, se forman en reacciones nucleares y decaimiento de partículas. Se piensa que vienen en tres clases o "sabores": los neutrinos electrón, muón y tau; y que oscilan entre un sabor y otro.

Al observar un haz de neutrinos muón generado por el acelerador de partículas de Fermilab, los investigadores encontaron que un número inesperadamente alto de partículas en el rango de baja energía (menos de 475 millones de electrón-voltios) se transformaron en neutrinos electrón. Luego de un año de análisis, los investigadores han fallado en encontrar una explicación convencional para este exceso. El misterio focalizó la atención, entonces, en una intrigante y muy poco convencional hipótesis: una cuarta clase de neutrino podría estar yendo y viniendo de dimensiones extras.

Los teóricos de cuerdas, que buscan unificar las leyes de la gravedad con la de mecánica cuántica, predijeron la existencia de dimensiones extra hace tiempo. Algunos físicos propusieron que casi todas las partículas en nuestro universo podría estar confinada en una "brana" de cuatro dimensiones alojada en un "bulk" de 10 dimensiones. Una presunta partícula, llamada neutrino estéril, que interactuaría con otras partículas sólo a través de la gravedad, podría ser capaz de viajar de una brana a otra, cortando camino a través de las dimensiones extra. En 2005, Heinrich Päs (Universidad de Dortmund, Alemania), Sandip Pakvasa (Universidad de Hawaii) y Thomas J. Weiler (Universidad Vanderbilt) predijeron que las peregrinaciones extradimensionales de neutrinos estéril podría incrementar la probabilidad de oscilaciones de sabor a bajas energías, exactamente el resultado encontrado por el equipo MiniBooNE dos años después.

El equipo propuso entonces un nuevo experimento llamado MicroBooNE que podría probar la hipótesis del neutrino estéril. El nuevo detector, un tanque criogénico lleno con 170 toneladas de argón líquido, podría ser capaz de detectar partículas de baja energía con mucha mayor precisión que su predecesor. Una partícula que emerja de una interacción neutrino ionizaría los átomos del argón en su camino, induciendo corrientes en los cables del perímetro del tanque. Los científicos podrían entonces determinar la trayectoria de la partícula, permitiéndoles una mejor distinción entre interacciones neutrino electrón y otros eventos y así determinar si realmente hay un exceso de oscilaciones a bajas energías.

Con un costo estimado en u$s 15 millones, el tanque MicroBooNE estaría localizado cerca del detector MiniBooNE en Fermilab, y así podría observar el mismo haz de neutrinos. El pasado junio, el comité asesor de física de Fermilab aprobó la fase de diseño del proyecto y, si todo sale bien, el detector podría comenzar sus operaciones en 2011.

Los investigadores esperan que MicroBooNE conlleve al desarrollo de mayores detectores, conteniendo cientos de miles de toneladas de argón líquido en tanques tan grandes como estadios de fútbol. Semejantes instalaciones podría buscar por fenómenos hipotéticos como el extremo decaimiento de protones.

"Es una fantástica nueva tecnología", dice Bonnie Fleming, físico de la Universidad Yale y vocero de MicroBooNE. "Y es crucial para dar el próximo paso en física".

¿Y Qué es un neutrino?

Desde la danza cósmica de las galaxias al pulsante núcleo de los átomos, rigen cuatro fuerzas. La gravedad y electromagnetismo empujan y tiran de cada objeto: las manzanas caen, los imanes se "pegan" a las heladeras. En la profundidad del núcelo atómico, la fuerza fuerte sostiene a los componentes nucleares juntos, y la fuerza débil los puede separar. La fuerza electromagnética es también importante en el micromundo, porque sólo podemos detectar partículas cuando su carga eléctrica los delata, dejando rastros en los detectores.

A las partículas que sienten la fuerza débil se las llama leptones (del Griego Leptos que significa ligero). Los más comunes son los elecrones, partículas cargadas negativamente que orbitan alrededor del núcleo atómico. Los neutrinos son leptones, pero como su nombre lo indica, son "pequeños neutrales", no tienen carga eléctrica, por lo que se revelan sólo al chocar con otras partículas.

Los neutrinos son importantes porque comienzan la fusión termonuclear que enciende al Sol, nos traen información de supernovas distantes y nos pueden decir mucho acerca del universo y cómo funciona.

Más en:Wikipedia:Modelo de física de partículas

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Fuentes y links relacionados

• Scientific American:Fermilab Looks for Visitors from Another Dimension, por Mark Alpert
• MicroBoone
• Boone
• La aventura de las partículas

Vía: Noticias del Cosmos