Proyecto 8 y Neutrino Energy: los neutrinos desafían la ciencia

Proyecto 8: La „balanza“ de neutrinos más precisa del mundo cabe en un laboratorio normal

La determinación de la masa fantásticamente pequeña de los neutrinos es actualmente objeto de varios proyectos de investigación. Uno de ellos es el Proyecto 8, una colaboración de físicos de once instituciones de investigación estadounidenses y alemanas. Por parte de Alemania, participan la Universidad Gutenberg de Mainz y el Instituto Tecnológico de Karlsruhe. El proyecto está financiado principalmente por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, la Fundación Nacional de la Ciencia de los Estados Unidos y el Grupo de Excelencia PRISMA+ de la Universidad de Mainz.

El objetivo del Proyecto 8 es construir el montaje experimental más preciso del mundo para determinar la masa de los neutrinos. Si todo va según lo previsto, el equipo determinará la masa del neutrino con una precisión de unos 40 meV. En comparación, el experimento KATRIN de Karlsruhe tiene como objetivo 200 meV.

La masa del neutrino – Explosiva para el Modelo Estándar

En el Modelo Estándar, los neutrinos se consideran sin masa. Sin embargo, desde el descubrimiento de las oscilaciones de los neutrinos, está claro que esto no puede ser cierto: Los neutrinos se presentan en tres „sabores“, cada uno con una masa bien definida, que pueden transformarse entre ellos. Ya está claro que la masa del neutrino puede ser como máximo una millonésima parte de la masa de un electrón, la siguiente partícula más ligera del zoo de partículas. Sin embargo, los valores exactos aún se desconocen, y debido a la interacción prácticamente inexistente con la materia de los neutrinos, que por ello se apostillan a menudo como partículas fantasmas, son notoriamente complicados de medir.

Al parecer, los neutrinos no alcanzan su masa por la vía habitual de la interacción con los bosones de Higgs, sino a través de un mecanismo diferente y aún misterioso. Saber más sobre el mecanismo de generación de masa propio del neutrino podría ampliar de forma decisiva el Modelo Estándar, si no hacerlo saltar por los aires. El valor preciso de la masa de los neutrinos o, de hecho, el de las masas de los neutrinos electrón, myon y tau, es algo así como la clave de la comprensión, ya que con su ayuda se podrían poner a prueba las numerosas teorías sobre el tema.

Así quiere el Proyecto 8 determinar la masa del neutrino

El equipo ha elegido una de las formas más sencillas de „pesar“ las partículas fantasmas, que equipara la masa en cuestión con la energía perdida del electrón emitido durante la desintegración beta del tritio. El tritio es un isótopo natural del hidrógeno que se encuentra en trazas y decae a helio estable mediante la emisión de un electrón y un neutrino. El electrón y el neutrino comparten la energía liberada cuando un neutrón se convierte en protón. El proyecto 8 quiere ahora medir la energía del electrón liberado. Lo que falta entonces en la diferencia de energía entre el neutrón y el protón debe estar en el neutrino, y está directamente relacionado con su masa a través de la famosa fórmula de Einstein.

 

 

CRES: un nuevo método para determinar la energía de los electrones

El Proyecto 8 ha desarrollado una técnica completamente nueva para determinar la energía de los electrones, la Espectroscopia de Emisión de Radiación de Ciclotrón (CRES). En esta técnica, los electrones emitidos durante la desintegración del tritio son guiados a través de un campo magnético que los obliga a realizar un movimiento en espiral debido a la fuerza de Lorentz, cuya frecuencia depende de su energía cinética. Los electrones acelerados emiten pequeñas cantidades de la llamada radiación ciclotrónica, cuya energía máxima se encuentra en la frecuencia del movimiento espiral del electrón. El CRES calcula ahora el espectro de la radiación del ciclotrón y lo utiliza para determinar la frecuencia del movimiento de los electrones y, por tanto, su energía.

En comparación con las dimensiones de otros experimentos en torno a los neutrinos -pensemos en el gigantesco tanque de KATRIN- el montaje del Proyecto 8 parece modesto: El espectrómetro CRES cabe cómodamente en un laboratorio de tamaño normal.

El cronograma del Proyecto 8

Desde 2014, el equipo del Proyecto 8 ha demostrado que la técnica CRES funciona en principio y ha realizado las primeras mediciones del espectro del tritio. Los trabajos actuales incluyen la producción y estabilización de tritio atómico (normalmente el tritio es un dímero), su espectro energético más estrecho debería aumentar la precisión de la medición. Está previsto que la fase final del proyecto se inicie a finales de 2022 y deberá dar resultados en 2026.

Mientras tanto, el Grupo de Neutrino Energy Group de Berlín ya está trabajando con un grupo de científicos internacionales en la aplicación práctica de los neutrinos.

Neutrino Energy Group, con sede en Berlín, ha desarrollado recientemente un nuevo tipo de nanotecnología que puede convertir los movimientos de las partículas más etéreas del universo en ingeniería eléctrica útil. El Grupo de Energía de los Neutrinos está a punto de hacer realidad la „neutrinovoltaica“ con la ayuda del grafeno dopado y un inagotable espíritu investigador.

La frontera de la nanotecnología es el nanografeno dopado

En 2016, los científicos desarrollaron el grafeno tricapa, un material formado por tres capas ultrafinas de grafeno dopado apiladas unas sobre otras. Los investigadores descubrieron que el grafeno tricapa es capaz de aumentar la energía cinética hasta niveles casi inimaginables. Pero no tenían ni idea de que Holger Thorsten Schubart, investigador energético alemán y fundador del Grupo de Energía de Neutrinos, había desarrollado una sustancia casi similar un año antes.

 

La tecnología neutrinovoltaica convierte la energía cinética de los neutrinos en electricidad 

En una patente presentada en 2015, Schubart describió una técnica que utiliza grafeno dopado que convierte la energía cinética de los neutrinos que pasan en electricidad. Schubart se inspiró en el descubrimiento de 2015 de que los neutrinos tienen masa para desarrollar un sistema que pueda convertir la masa de estas partículas etéreas en energía útil.

Aunque los neutrinos son casi indetectables y no pueden ser detenidos por casi ninguna sustancia, tienen masa, y todo lo que tiene masa también contiene energía. Tras desarrollar sus propios nanomateriales de grafeno dopado mucho antes de que el resto de la comunidad científica se pusiera al día, Holger Thorsten Schubart creó rápidamente Neutrino Energy Group y encargó a este consorcio sin precedentes de destacados científicos e ingenieros especializados en energía el desarrollo de los primeros dispositivos de energía de neutrinos del mundo.

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