El estado actual y el futuro del experimento NEXT

Los neutrinos podrían ser fermiones de Majorana, a diferencia de los electrones que son fermiones de Dirac. En dicho caso se observaría la desintegración beta doble sin neutrinos (0νββ). El experimento NEXT en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) pretende observar dicha señal (o descartarla). Su investigador principal, Juan José Gómez Cadenas, DIPC e Ikerbasque (Donostia-San Sebastián, España), nos resume en arXiv la situación actual y el futuro próximo de NEXT. El demostrador  NEXT-White (5 kg de xenón-136 a 10 bar) ha observado un suceso en el Run IV (9 meses en 2018), un resultado compatible con el fondo esperado, 0.75 ± 0.12 ± 0.02 sucesos, lo que confirma el modelo Montecarlo del experimento; además se ha confirmado a 3.5 sigmas la desintegración 2νββ. El detector NEXT-100 (100 kg de xenón-136 a 15 bar) empezará a tomar datos en 2020. Y ya se está trabajando en los futuros NEXT-HD y NEXT-BOLD.

Varios experimentos compiten con NEXT-100, como GERDA (Italia), CUORE (Italia), KamLAND-Zen (Japón) y EXO-200 (Nuevo México). Caso de que los neutrinos sean de Majorana y NEXT-100 sea de los primeros en tener éxito, podemos soñar en un futuro premio Nobel de Física para España. El artículo es J. J. Gomez-Cadenas, “Status and prospects of the NEXT experiment for neutrinoless double beta decay searches,” arXiv:1906.01743 [hep-ex] (04 Jun 2019). También recomiendo NEXT Collaboration, “Radiogenic backgrounds in the NEXT double beta decay experiment,” arXiv:1905.13625 [physics.ins-det] (31 May 2019); NEXT Collaboration, “Efficiency of the topological signature in the NEXT-White detector,” arXiv:1905.13141 [physics.ins-det] (30 May 2019); y NEXT Collaboration, “Energy calibration of the NEXT-White detector with 1% resolution near Qββ of 136Xe,” arXiv:1905.13110 [physics.ins-det] (30 May 2019).

El proyecto NEXT se inició con dos prototipos, NEXT-DEMO y NEXT-DBDM, ambos con 1 kg de xenón-136. Luego continuó el demostrador NEXT-White, con 5 kg de xenón-136, que ha tomado datos desde 2016; en concreto, el Run I, una prueba de ingeniería durante los 2 últimos meses de 2016, el Run II, durante 7 meses de 2017 con una presión ∼ 7 bar, el Run IV, durante 9 meses en 2018 a una presión de 10 bar, y el Run V en curso durante 2019. Lo más relevante de NEXT-White es que los modelos teóricos del fondo (background) se ajustan muy bien a las observaciones.

En el Run IV se ha observado un suceso tipo 0νββ con una energía de 2458 keV, conforme a las predicciones para el fondo esperado. Lo relevante de este suceso es que valida el método teórico de tipo Montecarlo usado para estimar el fondo en el demostrador NEXT-White. Más aún, anticipa que el éxito del modelado del fondo del experimento NEXT-100, con 97 kg of xenon-136 y que operará a 15 bar. Se espera que empiece a operar en 2020.

El futuro de NEXT-100 serán NEXT-HD (High Definition) y NEXT-BOLD (Barium iOn Light Detection). El primero mejorará la resolución en energía y la sensibilidad del detector; se espera lograr un fondo de solo un suceso espurio por cada tonelada de xenón-136 cada año de exposición. Y el segundo intentará lograr detectar el ión de bario producido en la desintegración del xenón-136, vía 136Xe → 2 e + Ba++ (+2ν); si se logra, se mejorará mucho la sensibilidad del experimento, hasta alcanzar un solo suceso espurio por cada tonelada de xenón-136 cada seis años de exposición.

Sin lugar a dudas, NEXT-100 será objeto de varias noticias en este blog en los próximos años.



13 Comentarios

  1. Hola Francis,

    Al final de la entrada creo que quieres decir bario en lugar de barión para referirte a la desintegracion Xe—> Ba (2+) + 2v

    Gracias por la entrada

    1. Carlos, un fermión es una partícula de espín semientero, el caso más sencillo es 1/2. Un fermión de Dirac de espín 1/2, como el electrón, es la excitación de cuatro campos, dos para la partícula (izquierdo y derecho) y dos para la antipartícula (derecho e izquierdo). Un fermión de Majorana de espín 1/2, como quizás sea el neutrino, es la excitación de dos campos, para la partícula izquierda y derecha; no hay campos tipo antipartícula.

      Para el campo neutrínico solo hemos observado dos campos (partículas), un neutrino izquierdo y un (aparente) antineutrino derecho. Si el neutrino es de Dirac tienen que existir dos campos no observados que corresponderían a un neutrino derecho y un antineutrino izquierdo, que serían estériles y de gran masa. Si el neutrino es de Majorana resulta que lo que llamamos “antineutrino” es en realidad el neutrino derecho.

    1. hi Ramiro,

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  2. Sin saber mucho del tema, leo que un único suceso confirma el modelo teórico. Entiendo que la predicción era de un solo suceso en este tiempo, pero eso no llevaría mucha incertidumbre asociada? Cómo pruebas que ese único suceso no es una detección de otra cosa que parece lo mismo? Si tu modelo predice varios sucesos y encuentras los mismos me parece razonable, pero con uno no veo cómo despejar la duda.

    1. JJ, “confirma el modelo teórico” del ruido de fondo (background). Conocer las fuentes de ruido es fundamental para buscar una señal sobre el fondo de ruido. Lo ideal, que no haya ruido, no es posible; pero si tu modelo del ruido te dice que esperas observar un solo suceso (durante el tiempo de datos considerado) y resulta que observas un solo suceso, confirmas que conoces bien las fuentes de ruido.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 6 junio, 2019
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