El experimento NEXT, una colaboración científica internacional liderada por el Instituto
de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (CSIC) y la Universitat de València, comenzó a principios de este mes a operar
con xenón 136, una variedad de este gas noble con la que el equipo de investigación
espera ‘atrapar’ el fenómeno más raro jamás observado en el Universo: la
desintegración doble beta sin neutrinos. De conseguirlo, se comprobaría que el
neutrino, una de las partículas elementales más abundantes, es su propia antipartícula,
y se solucionaría la incógnita sobre cómo se formó el Universo con la materia que vemos.
Durante este año 2019, la segunda fase del experimento NEXT-White funcionará en el
Laboratorio Subterráneo de Canfranc (Huesca) con 5 kilos de xenón enriquecido gracias
a un sofisticado sistema de control desarrollado por el IFIC.
NEXT consiste en una cámara de proyección temporal (TPC) llena de gas xenón a alta
presión. Este detector de partículas permite registrar la firma de la desintegración doble
beta sin neutrinos, un proceso tan excepcional que se calcula tardaría en producirse más
tiempo que la propia edad del Universo. Para conseguirlo, NEXT utiliza un tipo de xenón
(136Xe) en cuyos núcleos abundan los neutrones, el tercer elemento conocido con
mayor vida media. Al concentrar un gran volumen de xenón a alta presión se espera
desencadenar una desintegración de estos neutrones en un proceso cuyo resultado
sería la emisión de dos electrones de similares características sin producir neutrinos, la
prueba de que el neutrino sería su propia antipartícula.
Además de la configuración del detector, se requiere que el xenón enriquecido, gas
noble extremadamente caro y volátil, se contenga en su interior a la presión deseada
(entre 10 y 15 bares) en condiciones de pureza y estanqueidad sin precedentes en un
experimento de física de partículas. Para ello, el equipo del Instituto de Física
Corpuscular que lidera NEXT ha desarrollado un sistema de control que permite pérdidas
de gas menores a 10 gramos por año, con varios sistemas programados de recuperacióndel mismo y con las condiciones de pureza requeridas para no contaminar el xenón,
obteniendo solo 0,1 partes por billón de oxígeno en el sistema.
“No ha sido fácil, porque el sistema por el que circula el gas tiene un importante volumen
respecto al del propio detector y más de 300 conexiones por donde se puede escapar”,
asegura Marc Querol, ingeniero de NEXT con un contrato técnico del Ministerio de
Ciencia en el IFIC. Querol realizó el diseño y programación del sistema de control del gas,
así como el método para controlar su vacío y asegurar la pureza del xenón. Se utiliza
calor para ‘limpiar’ los componentes del sistema, y mediante espectrometría de masas
se comprueba la abundancia de otros elementos como el oxígeno. “Si tenemos
demasiado oxígeno en el detector no podríamos ver la señal inducida por los dos
electrones que se crean al final de la desintegración doble beta”, explica Michel Sorel,
científico titular del CSIC y responsable de NEXT en el IFIC.
Hasta ahora, tanto NEXT-DEMO, el primer prototipo del experimento desarrollado
íntegramente en el IFIC, como NEXT-White, la segunda fase instalada en el Laboratorio
Subterráneo de Canfranc desde 2016, han funcionado con xenón natural o xenón
empobrecido, que contienen escasa concentración del isótopo 136. Solo ahora que se
han alcanzado las condiciones de pureza y estanqueidad requeridas en el experimento,
además de otros avances importantes en la toma de medidas en el detector, el
laboratorio ha dado el visto bueno para operar con xenón enriquecido, operación que
comenzó el pasado 7 de febrero y que se desarrollará hasta finales de 2019. Esta será la
última fase de NEXT-White, que funciona con 5 kilos de xenón enriquecido y que sirve
para comprobar la validez del experimento de cara a NEXT-100, 100 kilos de xenón que
estarán operativos en Canfranc a partir de 2020.
En esta última fase de NEXT-White se espera detectar otra rara desintegración, la doble
beta con dos neutrinos, cuya ‘firma’ es casi idéntica a la doble beta sin neutrinos, aunque
su vida media es algo menor. Según Sorel, solo dos experimentos, KamLAND-Zen (Japón)
y EXO-200 (EE.UU.), han sido capaces de detectar la desintegración doble beta con
neutrinos, pero en fecha reciente (2011) y utilizando un volumen de xenón mucho
mayor. Según Sorel, “que NEXT pueda medirlo con sólo 5 kilos sería posible porque
acumula menos ruido de fondo que los otros experimentos gracias a la propia
configuración del detector, que permite identificar una señal limpia”. Se están
estudiando otras configuraciones para NEXT-100 que permitan mejorar la identificación
de la señal.
Para el investigador del IFIC, pasar de 5 a 100 kilos de xenón enriquecido en un año no
será muy complicado porque “los elementos fundamentales como la vasija del detector,
el revestimiento para blindar el experimento y el propio sistema de control del gas ya
están preparados para NEXT-100”. Así, esperan que en un periodo de 5 años NEXT
demuestre su capacidad para detectar la desintegración doble beta sin neutrinos y
puedan ampliarlo a la escala de la tonelada.
NEXT es una colaboración científica liderada por el Instituto de Física Corpuscular donde
participan otros grupos de España (Universidades de Santiago de Compostela,
Autónoma de Madrid, Zaragoza, Girona y Politécnica de Valencia), Estados Unidos, Portugal, Rusia, Colombia e Israel. Sus portavoces son Juan José Gómez Cadenas, ahora
en el Donostia International Physics Center (DIPC), y David Nygren, en la Universidad de
Texas (Arlington, EE.UU.).
Más información:
https://next.ific.uv.es/next/
http://webific.ific.uv.es/web/content/buscando-la-verdadera-naturaleza-del-neutrino