Los investigadores de EPFL, trabajando con el Centre de Physique des Particules de Marseille, han desarrollado un nuevo método para identificar neutrinos utilizando datos del experimento NA62 del CERN, que recientemente observó la descomposición de partículas más rara jamás registrada.
La física de partículas explora los bloques de construcción más pequeños de la naturaleza, partículas tan pequeñas que billones de ellas pasan a través de nosotros sin ser notadas cada segundo. Entre ellos se encuentran los kaons, partículas hechas de un quark y un antiquark. Los kaones son fascinantes porque se someten a “decaimiento, un proceso en el que las partículas inestables se transforman en otras más estables, derramando energía en el proceso. Al estudiar estas desintegraciones, los físicos sondean las fuerzas fundamentales y prueban el Modelo Estándar, el marco que explica cómo interactúan las partículas y las fuerzas.
Los kaones son especialmente importantes en “física de sabores,” un campo que estudia cómo los diferentes tipos, o “sabores,” de quarks interactúan y se transforman. Las desintegraciones raras, como un kaon que se transforma en un pión y un par neutrino-antineutrino, revelan detalles intrincados de estas interacciones. Esta descomposición, llamada “canal dorado” de física del sabor, ocurre solo una vez en diez mil millones de kaon decae. Sin embargo, puede revelar información clave sobre la fuerza débil y las simetrías fundamentales de los universales.
Hito: observar una rara descomposición kaon
Desde 2023, EPFL ha ampliado su experiencia en investigación de física a la investigación con kaons, convirtiéndose en la primera institución suiza en parte del CERNemals Experimento NA62. En septiembre de 2024, NA62 informó de la primera observación de la rara descomposición kaon, transformándose en un pión y un par neutrino-antineutrino.
La observación fue el resultado de analizar una gran cantidad de datos experimentales de 2016 a 2022, y tecnología avanzada para aislar la descomposición. Y aunque el resultado se alinea con el Modelo Estándar de la física, la tasa de decaimiento es un 50% más alta de lo previsto, lo que sugiere posibles descubrimientos más allá de la física actual.
Radoslav Marchevski, profesor del Laboratorio de Física de Alta Energía de EPFLina desde 2023, y su equipo han contribuido significativamente al análisis de datos que condujo a la observación. “Durante la última década, weiesve contribuyó sustancialmente, desde demostrar la capacidad de NA62’ para medir este proceso y continuar el esfuerzo para mejorar la medición hasta proponer modificaciones de configuración en 2021 que mejoraron la sensibilidad,” dice.
Una nueva técnica para el etiquetado de neutrinos
Pero la contribución de EPFL no se detuvo allí. Para mejorar las capacidades de detección del experimento NA62, el equipo de Marchevskiys trabajó con el Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) para ser pioneros en una innovadora técnica de etiquetado de neutrinos “, un método utilizado para identificar neutrinos y vincularlos a los eventos de partículas que los produjeron.
¿Qué son los neutrinos? Son algunas de las partículas más misteriosas, que interactúan tan débilmente que miles de millones pasan a través de la Tierra sin dejar rastro. Vienen en tres “sabores” — electrón, muón y tau — correspondientes al tipo de partícula cargada con la que están asociados durante las interacciones. Identificar el sabor de un neutrino es crucial para estudiar fenómenos como las oscilaciones de neutrinos, donde los neutrinos cambian de sabor a medida que viajan.
El nuevo método desarrollado por EPFL y CPPM utiliza desintegraciones kaon para etiquetar el sabor del neutrino evento por evento, lo que nunca se ha hecho antes. Esto es innovador porque une directamente cada neutrino a su partícula madre, lo que permite mediciones de precisión de las propiedades de los neutrinos.
“Esta novedosa técnica nos permite etiquetar los sabores de neutrinos a medida que se producen y asociarlos con precisión a las interacciones en el área activa de nuestros detectores, algo que nunca antes se había hecho,” explica Marchevski. “Abre oportunidades únicas para futuros experimentos de física de neutrinos al proporcionar una resolución de energía mucho mejor y un etiquetado de sabor de neutrinos, lo que permitirá estudios de precisión de las propiedades de los neutrinos
Ambos descubrimientos son importantes para la física: Observar la rara decadencia kaon apunta a cierta tensión con el Modelo Estándar, y la posibilidad de «nueva física» – fenómenos que van más allá de nuestra comprensión actual del mundo subatómico. Mientras tanto, la técnica de etiquetado de neutrinos podría transformar futuros experimentos, ofreciendo herramientas para sondear las interacciones de neutrinos y su papel fundamental en el cosmos.
Marchevski agrega: “Con EPFL ahora parte de NA62, weesove trajo física kaon a Suiza, liderando contribuciones clave, incluida una nueva técnica de etiquetado de neutrinos, y mostrando la creciente visibilidad de EPFL en física de partículas internacional
Financiación
F.R.S.-FNRS (Fonds de la Recherche Scientifique – FNRS)
CECI (Consorcio de Equipos de Cálculo Intensif)
NSERC (Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería)
MEYS (Ministerio de Educación, Juventud y Deportes)
BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung)
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)
MIUR (Ministero dellsIstruzione, dellsUniversità e della Ricerca)
CONACyT (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología)
IFA (Instituto de Física Atómica)
MESRS (Ministerio de Educación, Ciencia, Investigación y Deporte)
CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear)
STFC (Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas)
NSF (Fundación Nacional de Ciencias)
ERC (Consejo Europeo de Investigación)
Horizonte 2020 de la UE
Universidad Charles
Fundación Checa de Ciencia
La Royal Society
ANR (Agencia Nacional de la Recherche)
ANR-19-CE31-0009
Referencias
La Colaboración NA62. Observación de la descomposición y medición de la relación de ramificación de K+→. Journal of High Energy Physics 27 de febrero de 2025. DOI: 10.1007/JHEP02(2025)191
La Colaboración NA62. Primera detección de un neutrino marcado en el experimento NA62. Cartas de Física B 863 :139345. DOI: 10.1016/j.physletb.2025.139345
EPFL News. P. N. Traducido al español
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