EXPERIMENTOS de NEUTRINOS

El experimento K2K de oscilaciones de neutrinos es un experimento en el cual un haz de neutrinos, producido en el laboratorio KEK de Japón, es enviado de KEK al laboratorio Kamioka, situado a 250 kilómetros de distancia. Los neutrinos viajan por la tierra con una atenuación insignificante. El experimento mide el flujo de neutrinos de tipo muónico en dos posiciones diferentes: cerca de la fuente donde son producidos, en el propio laboratorio KEK, y a 250 kilómetros de distancia en Kamioka, en la parte occidental de Japón. Para este propósito el experimento tiene dos detectores: uno a  200m del punto de producción de los neutrinos, y otro más lejano en Kamioka, el detector Super-Kamiokande, el cual consiste en un enorme tanque (50,000 toneladas) de agua muy pura. El flujo es medido contando el número de interacciones cuasi-elásticas de neutrinos muónicos en un volumen dado de ambos detectores. Las medidas en el detector cercano son extrapoladas al detector lejano y comparadas con lo que es realmente medido allí.

El experimento finalizó la toma de datos en noviembre del 2004. Durante el 2005 se finalizó el análisis del resultado principal sobre oscilaciones [E.Aliu et al., Phys.Rev.Lett. 94:081802,(2005)]. En la figura se muestra la distribución de energía de los neutrinos de sucesos quasi-elásticos (de una traza compatible con muón) en Superkamiokande, comparada con lo esperado en ausencia de oscilaciones (línea de puntos) y con oscilaciones (línea sólida). El mejor ajuste a los datos conduce a los parámetros (sin²2q, Dm²)=(1.0,2.8×10^-3 eV²). Con estos parámetros el número de sucesos quasi-elásticos esperado en SuperKamiokande es 103.8, comparable a los 107 observados y muy distinto del número esperado en ausencia de oscilaciones: 151±11.

La energía reconstruida en Super-Kamiokande para sucesos con un solo anillo Cherenkov, compatibles con muones.

Este resultado confirma, en un experimento controlado, la hipótesis de oscilaciones de los neutrinos atmosféricos observadas por Super-Kamiokande en 1998.

El IFAE también participa en otro experimento de neutrinos, en preparación, llamado T2K. En T2K el haz de neutrinos será mucho más intenso que el de K2K y será enviado desde Tokai, donde se está construyendo un nuevo acelerador sincrotrón de protones de 50 GeV, llamado J-Park, a Super-Kamiokande (figura).

Esquema del experimento T2K, en preparación.

El objetivo principal de T2K es observar la oscilación de neutrinos muónicos a neutrinos electrónicos, la cual dará información sobre un parámetro aún desconocido de las oscilaciones. El experimento ha sido aprobado por las autoridades japonesas y tiene una participación grande de grupos europeos. En el 2005 se completó el diseño de base del detector cercano (situado a 280m del blanco). Este detector es un espectrómetro basado en un imán de gran tamaño y campo relativamente bajo (0.2 Tesla) utilizado originalmente en el experimento UA1 en el CERN .

El IFAE ha contribuido en gran manera a las simulaciones llevadas a cabo durante el diseño. Uno de los detectores será una TPC (o varias). Una de las opciones para leer las TPC son los detectores GEM, los están siendo ensayados en la TPC del experimento HARP, en el CERN, comenzando en el 2005. El IFAE está involucrado en dichos ensayos así como en la construcción de parte de la electrónica de lectura.