Una clase nunca antes vista de radiactividad podría explicar por qué la materia, incluidos los humanos, existe hoy en día. Un equipo de físicos han lanzado un experimento para dar con el fenómeno.

¿Por qué hay más materia que antimateria en el universo? La razón podría estar oculta en la naturaleza de los neutrinos: uno de los modelos teóricos preferidos supone que las partículas primarias fueron idénticas con sus propias antipartículas. Esto, a su vez, conduciría a extremadamente inusuales procesos de desintegración nuclear, la desintegración doble beta sin neutrinos.

El experimento GERDA ha alcanzado ahora una mejora significativa en la búsqueda de este fenómeno mediante la reducción de las perturbaciones (fondo) a un nivel bajo sin precedentes, por lo que es el primer experimento «sin fondo» en el campo. Este logro se describe en la revista Nature.

Los neutrinos son partículas fantasmales extremadamente difíciles de detectar. Juegan un papel central en la forma en que el Sol arde, cómo las supernovas explotan y cómo los elementos se formaron durante el Big Bang. La determinación de sus propiedades ha avanzado nuestra comprensión de las partículas elementales considerablemente, mejor documentadas por el hecho de que hasta el momento cuatro premios Nobel han sido adjudicados a la investigación relacionada con neutrinos.

Una propiedad fundamental es aún desconocida: ¿son los neutrinos partículas de Majorana, es decir idénticas a sus propias antipartículas?. En ese caso, la desintegración doble beta sin neutrinos existirá. Fuertes argumentos teóricos a favor de esta posibilidad y sobre la mencionada ausencia de antimateria en nuestro universo están probablmente relacionadas con el carácter de Majorana de los neutrinos.

La desintegración doble beta ‘normal’ es un proceso raro permitido cuando dos neutrones en un núcleo decaen simultáneamente en dos protones, dos electrones y dos anti-neutrinos. Se ha observado que en algunos núcleos, como 76Ge, el decaimiento beta simple no es posible. Los electrones y anti-neutrinos salen del núcleo, y solamente los electrones pueden ser detectados. En la desintegración doble beta sin neutrinos, los no neutrinos salen del núcleo y la suma de las energías de los electrones es idéntica a la liberación de energía bien conocida de la destintegración. La medición de esta energía es exactamente la firma del fenómeno.

Debido a la importancia de la desintegración doble beta sin neutrinos en revelar el carácter de los neutrinos y la nueva física, hay cerca de una docena de experimentos en todo el mundo usando diferentes técnicas e isótopos. El experimento GERDA es uno de los principales experimentos en el campo, realizado por una colaboración europea. Se encuentra en el subterráneo Laboratori Nazionali del Gran Sasso de la organización de investigación italiana INFN.

GERDA utiliza detectores de germanio de alta pureza enriquecidos en el isótopo 76Ge. Dado que el germanio es fuente y detector al mismo tiempo, una configuración compacta mínima con materiales adicionales se puede realizar con bajo fondo y alta eficiencia de detección.

La gran resolución de energía de los detectores de germanio y la nueva tecnología experimental desarrollado por la Colaboración GERDA proporciona una supresión sin precedentes de eventos perturbadores de otras desintegraciones radiactivas (eventos de fondo). Como la desintegración doble beta sin neutrinos tiene un período de vida muchos órdenes de magnitud mayor que la edad del universo, la reducción de los eventos de fondo es más importante para la sensibilidad.

Los detectores de germanio desnudos son operados en 64 m3 de argón líquido a una temperatura de -190 grados centígrados. El contenedor de argón en sí es el interior de un tanque de 590 m3 lleno de agua pura que a su vez está protegido por la montaña Gran Sasso contra los rayos cósmicos. El argón y el agua utilizados son extremadamente puros de uranio y torio; los líquidos actúan como un escudo mayor para la radiactividad natural de los alrededores. Su instrumentación adicional proporciona una aportación adicional para la identificación de fondo.

La novedosa tecnología empleada por GERDA reduce el número de eventos de fondo en tal manera, que ahora es el primer experimento «sin fondo» en el campo. No se ha observado desintegración doble beta sin neutrinos durante los primeros cinco meses de datos. Hasta finales de 2019, en la toma de datos no deberían registrarse eventos de fondo en el área de energía donde la señal del fenómeno se espera. Esto hace de GERDA el experimento más adecuado para descubrir una señal que se manifestaría por un pequeño número de eventos en la señal de energía, informa la Max Planck Society.

Fuente: Europa Press