A principios de febrero, el experimento NEXT, una colaboración científica internacional liderada por el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València), comenzó a operar con xenón 136, una variedad de este gas noble con la que el equipo de investigación espera ‘atrapar’ el fenómeno más raro jamás observado en el Universo: la desintegración doble beta sin neutrinos. De conseguirlo, se comprobaría que el neutrino, una de las partículas elementales más abundantes, es su propia antipartícula, solucionando la incógnita sobre cómo se formó el Universo con la materia que vemos. En 2019, la segunda fase del experimento, NEXT-White, funcionará en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc con 5 kilos de xenón enriquecido gracias a un sofisticado sistema de control desarrollado por el IFIC.

NEXT consiste en una cámara de proyección temporal (TPC) llena de gas xenón a alta presión. Este detector de partículas permite registrar la firma de la desintegración doble beta sin neutrinos, un proceso tan excepcional que se calcula tardaría en producirse más tiempo que la propia edad del Universo. Para conseguirlo, NEXT utiliza un tipo de xenón en cuyos núcleos abundan los neutrones, ¹³⁶Xe, el tercer elemento conocido con mayor vida media. Al concentrar un gran volumen de xenón a alta presión se espera desencadenar una desintegración de estos neutrones en un proceso cuyo resultado sería la emisión de dos electrones de similares características sin producir neutrinos, la prueba de que el neutrino sería su propia antipartícula.

Además de la configuración del detector, se requiere que el xenón enriquecido, gas noble extremadamente caro y volátil, se contenga en su interior a la presión deseada (entre 10 y 15 bares) en condiciones de pureza y estanqueidad sin precedentes en un experimento de física de partículas. Para ello, el equipo del Instituto de Física Corpuscular que lidera NEXT ha desarrollado un sistema de control que permite pérdidas de gas menores a 10 gramos por año, con varios sistemas programados de recuperación del mismo y con las condiciones de pureza requeridas para no contaminar el xenón, obteniendo solo 0,1 partes por billón de oxígeno en el sistema.

Sistema de control del gas

“No ha sido fácil, porque el sistema por el que circula el gas tiene un importante volumen respecto al del propio detector y más de 300 conexiones por donde se puede escapar”, asegura Marc Querol, ingeniero de NEXT con un contrato técnico del Ministerio de Ciencia en el IFIC. Querol realizó el diseño y programación del sistema de control del gas, así como el método para controlar su vacío y asegurar la pureza del xenón. Se utiliza calor para ‘limpiar’ los componentes del sistema, y mediante espectrometría de masas se comprueba la abundancia de otros elementos como el oxígeno. “Si tenemos demasiado oxígeno en el detector no podríamos ver la señal inducida por los dos electrones que se crean al final de la desintegración doble beta”, explica Michel Sorel, científico titular del CSIC y responsable de NEXT en el IFIC.

Hasta ahora, tanto NEXT-DEMO, el primer prototipo desarrollado íntegramente en el IFIC, como NEXT-White, la segunda fase instalada en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc desde 2016, han funcionado con xenón natural o xenón empobrecido, que contienen escasa concentración del isótopo 136. Solo ahora que se han alcanzado las condiciones de pureza y estanqueidad requeridas en el experimento, además de otros avances importantes en la toma de medidas en el detector, el laboratorio ha dado el visto bueno para operar con xenón enriquecido, operación que comenzó el pasado 7 de febrero y que se desarrollará hasta finales de 2019. Esta será la última fase de NEXT-White, que funciona con 5 kilos de xenón enriquecido y que sirve para comprobar la validez del experimento de cara a NEXT-100, 100 kilos de xenón que estarán operativos en Canfranc a partir de 2020.

De 5 a 100 kilos de xenón en un año

En esta última fase de NEXT-White se espera detectar otra rara desintegración, la doble beta con dos neutrinos, cuya ‘firma’ es casi idéntica a la doble beta sin neutrinos, aunque su vida media es algo menor. Según Sorel, solo dos experimentos, KamLAND-Zen (Japón) y EXO-200 (EE.UU.), han sido capaces de detectar la desintegración doble beta con neutrinos, pero en fecha reciente (2011) y utilizando un volumen de xenón mucho mayor. Según Sorel, “que NEXT pueda medirlo con sólo 5 kilos sería posible porque acumula menos ruido de fondo que los otros experimentos gracias a la propia configuración del detector, que permite identificar una señal limpia”. Se están estudiando otras configuraciones para NEXT-100 que permitan mejorar la identificación de la señal.

Para el investigador del IFIC, pasar de 5 a 100 kilos de xenón enriquecido en un año no será muy complicado porque “los elementos fundamentales como la vasija del detector, el revestimiento para blindar el experimento y el propio sistema de control del gas ya están preparados para NEXT-100”. Así, esperan que en 5 años NEXT demuestre su capacidad para detectar la desintegracion doble beta sin neutrinos y puedan ampliarlo a la escala de la tonelada. NEXT es una colaboración científica liderada por el Instituto de Física Corpuscular donde participan otros grupos de España (Donostia International Physics Center, Universidades de Santiago de Compostela, Autónoma de Madrid, Zaragoza, Girona y Politécnica de Valencia), Estados Unidos (Harvard University, Fermi National Accelerator Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory, Argonne National Laboratory, Iowa State University, University of Texas at Arlington, Texas A&M University, Pacific Northwest National Laboratory), Portugal (Universidade de Aveiro, University of Coimbra), Colombia (Universidad Antonio Nariño) e Israel (Ben-Gurion University). Sus portavoces son Juan José Gómez Cadenas, ahora en el Donostia International Physics Center (DIPC), y David Nygren, en la Universidad de Texas en Arlington.

Más información:

https://next.ific.uv.es/next/

http://webific.ific.uv.es/web/content/buscando-la-verdadera-naturaleza-d...