Una pequeña patada de un neutrino en un núcleo. Así se podría definir la dispersión elástica coherente neutrino-núcleo (CEvNS por sus siglas en inglés, ‘sevens’), proceso por el que un neutrino choca con un núcleo sin perder energía, mientras que el núcleo experimenta un retroceso de todos sus nucleones como un conjunto. Este fenómeno, predicho en el año 1974 por Daniel Z. Freedman, debería ser más fácil de observar que muchos otros que involucran esta elusiva partícula elemental, pero llevó más de 40 años hasta que el experimento COHERENT publicó en Science la primera observación de CEvNS en 2017. Kate Scholberg (Universidad de Duke) explica en un Coloquio Severo Ochoa organizado por el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) las repercusiones del hallazgo.

Este tipo de dispersión coherente, que afecta al núcleo entero, ocurre cuando la longitud de onda del neutrino es del orden del tamaño del núcleo. Para núcleos de tamaño medio, esto implica que la energía del neutrino ha de ser menor de 50 MeV. El fenómeno ha resultado tan difícil de medir porque la única forma de verlo es midiendo la energía de retroceso de los núcleos, que son muy pequeñas. COHERENT lo hizo utilizando yoduro de cesio dopado con sodio, cuyos núcleos emiten un electrón que genera un destello de luz en el proceso. El experimento utiliza la fuente de neutrinos más intensa del mundo, la Fuente de Neutrones por Espalación del Laboratorio Nacional Oak Ridge (EE.UU.).

Detectar este fenómeno ayudará a conocer mejor el neutrino, una de las partículas elementales más abundantes del Universo. La observación de CEvNS sirve para buscar nuevos fenómenos en física de neutrinos (nuevas interacciones, momento magnetico, neutrinos estériles...). Gracias a su medida, es posible poner límites a las interacciones de los neutrinos con la materia no previstas por la teoría.

También puede servir para identificar mejor neutrinos de origen astrofísico, una nueva fuente para estudiar el Universo utilizando esta partícula, y para futuras búsquedas directas de partículas de materia oscura (WIMPs), donde el ‘fondo’ de neutrinos que interaccionan con los núcleos del detector lo haría vía dispersión elástica coherente neutrino-núcleo.

De estas y otras implicaciones hablará Kate Scholberg en el Coloquio Severo Ochoa que imparte el viernes 19 de octubre, a las 12:30 horas, en el Salón de Actos del Parc Científic de la Universitat de València (Edificio de Cabecera, entrada por calle Catedrático José Beltrán, 2). Scholberg es profesora de Física ‘Arts & Sciences’ de la Universidad de Duke (EE.UU.), y fue portavoz de COHERENT. Su ámbito de investigación es la física de neutrinos, donde ha estudiado el fenómeno conocido como ‘oscilaciones de los neutrinos’ en Super-Kamiokande y T2K (Japón).

Kate Scholberg también está interesada en las posibilidades de DUNE, el futuro gran experimento en física de neutrinos en Estados Unidos, para estudiar neutrinos procedentes de supernovas de tipo II, donde el colapso del núcleo estelar viene precedido de un estallido de neutrinos. La detección de estos neutrinos puede proporcionar un aviso de la próxima supernova, y es el objetivo de SNEWS, un sistema de alerta temprana de supernovas formado por siete detectores como Super-Kamiokande y KamLAND (Japón), IceCube (Antártida), Borexino (Italia) o Daya Bay (China), una red que coordina Scholberg.

Más información:

https://phy.duke.edu/people/kate-scholberg

“Observation of coherent elastic neutrino-nucleus scattering”, D. Akimov et al., Science (2017)

DOI: 10.1126/science.aao0990

Severo Ochoa IFIC Colloquium

“Observation of coherent elastic neutrino-nucleus scattering by COHERENT”

Prof. Kate Scholberg (Duke University)

Viernes, 19 de octubre. 12:30 horas.

Salón de Actos del Parc Científic de la Universitat de València (Edificio de Cabecera, entrada por calle Catedrático José Beltrán, 2).

https://indico.ific.uv.es/event/3434/