Double Chooz, listo para medir las oscilaciones de neutrinos de reactores nucleares tras finalizar su llenado

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La colaboración Double Chooz, donde participan instituciones científicas de 35 países entre ellas el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), acaba de completar su detector de neutrinos que medirá anti-neutrinos procedentes de la central nuclear de Chooz en la región francesa de Las Ardenas. El experimento se encuentra ahora preparado para tomar datos y medir propiedades fundamentales de los neutrinos que  tendránconsecuencias importantes para la física y astrofísica de partículas elementales.
Los neutrinos son partículas elementales que no poseen carga eléctrica; hay un total de tres tipos diferentes de neutrinos, además de sus correspondientes antipartículas. Se observaron experimentalmente por primera vez en 1956, a pesar de que su existencia se había postulado ya en 1930. Debido a su débil interacción con el resto de partículas, la materia es casi completamente transparente a los neutrinos, y por ello es preciso disponer de grandes detectores especialmente sensibles para poder capturarlos.
Las oscilaciones de neutrinos supusieron un importante descubrimiento a finales de los 90, y por ello se otorgó el Premio Nobel en 2002 a los experimentos correspondientes. Las oscilaciones describen cómo los neutrinos en vuelo de un determinado tipo se transforman en neutrinos de otro tipo, efecto que implica que los neutrinos no pueden tener masa cero. Las oscilaciones dependen de tres parámetros de mezcla, dos de los cuales tienen un valor alto y ya han sido observados. Al tercer parámetro se le conoce como theta 13 y se sabe que su valor debe ser inferior al límite que determinó un experimento previo en Chooz.

Nueva generación de detectores de neutrinos

El nuevo detector Double Chooz es el primero de una nueva generación de experimentos con neutrinos producidos en reactores nucleares cuyo objetivo fundamental es la medida de este parámetro fundamental de la física de neutrinos, área clave en la investigación actual en física de partículas. Se espera que los resultados tengan consecuencias importantes para determinar la viabilidad de futuras instalaciones que permitan realizar medidas aún más precisas en el campo de los neutrinos.
Double Chooz consta de dos detectores idénticos. El primero, a una distancia de alrededor de 1 kilómetro de los núcleos de los reactores, es el que acaba de llenarse con líquido centelleador y está empezando a tomar datos. La comparación entre el número de neutrinos medidos y el flujo que se espera de los reactores permitirá mejorar considerablemente la sensibilidad al parámetro theta 13 ya desde 2011. El segundo detector, ubicado a una distancia de 400 metros, empezará a funcionar en 2012. A esa distancia no se espera que haya transformación, a nivel significativo, de un tipo de neutrino en otro. La comparación de los resultados de ambos detectores permitirá determinar theta 13 con todavía mayor precisión.
Ambos detectores usan un líquido centelleador orgánico que ha sido desarrollado específicamente para este experimento. El blanco de neutrinos en el centro del detector consta de aproximadamente 10 m3 de centelleador dopado con gadolinio, que puede detectar los neutrones de la desintegración beta inversa inducida por los antineutrinos emitidos por los reactores nucleares. El blanco está rodeado por tres capas de otros líquidos con objeto de blindarlo de la radiactividad ambiental y optimizar la separación entre sucesos de señal y diversas fuentes de ruido. Estos  líquidos están contenidos en vasijas de paredes delgadas para minimizar volúmenes no activos en el detector.
Un total de 390 fotomultiplicadores inmersos observan el blanco y convierten las interacciones en señales eléctricas que son procesadas por un sistema de adquisición de datos listo para tomar datos durante los próximos 5 años. La física de neutrinos ha sido en los últimos 50 años una de las áreas más fructíferas en la física de partículas, y la puesta en marcha de nuevos detectores, como éste de Double Chooz,  permitirá asegurar que continuará siéndolo.

Participación española

Un grupo de investigadores del Departamento de Investigación Básica del CIEMAT, ha participado activamente en la fase de diseño, construcción y puesta a punto de este detector. En particular, la actividad del grupo del CIEMAT se ha centrado en el sistema de fotomultiplicadores, su caracterización y calibración, la implementación de su blindaje para minimizar efectos de campo magnético, el diseño y construcción de sus elementos mecánicos de fijación al detector y el desarrollo de diversos componentes electrónicos del sistema de “read-out” y de alta tensión. La actividad fundamental del grupo en los próximos meses pasará a ser la de análisis de datos y obtención de los primeros resultados.
La colaboración Double Chooz está compuesta por Universidades y Centros de Investigación de Brasil, Reino Unido, Francia, Alemania, Japón, Rusia, Estados Unidos y España.