Borexino

Borexino fue un detector de neutrinos solares en el laboratorio subterráneo del Gran Sasso, en Italia. Funcionó de 2007 a 2021 y logró algo que antes nadie podía: la medición de neutrinos solares individuales en tiempo real y a baja energía.

Qué faltaba antes

Los ensayos radioquímicos como Homestake o GALLEX cuentan átomos. Proporcionan una suma a lo largo de semanas y no dicen nada sobre cuándo llegó un neutrino, qué energía tenía o de qué dirección procedía.

Super-Kamiokande ve dirección y tiempo, pero, a causa del escaso rendimiento luminoso de la radiación de Cherenkov, no baja de unos cinco megaelectronvoltios.

Entre ambas cosas se abría una brecha — y en esa brecha se encuentra más del 99 por ciento de todos los neutrinos solares.

El camino a través del centellador

Borexino empleaba un centellador que proporciona por megaelectronvoltio unos diez mil fotones en lugar de algunos cientos. Con ello, el umbral de detección baja a unos pocos cientos de kiloelectronvoltios.

El precio: la información de dirección se pierde, y el fondo se convierte en el problema dominante. A energías tan bajas, la señal se ahoga en la radiactividad natural del propio detector. Cada gramo de material contiene trazas de uranio, torio y potasio — inocuas en la vida cotidiana, devastadoras aquí.

El lugar más limpio del mundo

Borexino tuvo por ello que alcanzar una pureza que antes no existía. El montaje era como una cebolla: 278 toneladas de centellador en una envoltura de nailon finísima, rodeada de un líquido tampón, de una esfera de acero con más de 2 000 fotomultiplicadores y, por último, de un tanque de agua. Por encima, 1 400 metros de roca.

Solo se evaluó la región más interna, de unas cien toneladas — las capas exteriores servían únicamente para apantallarla.

Se alcanzó una pureza de aproximadamente un átomo de uranio por cada 10¹⁸ átomos del centellador. El desarrollo de los procedimientos de purificación duró más que la construcción de la instalación.

Los resultados

El esfuerzo mereció la pena. Borexino midió una tras otra casi todas las fuentes de neutrinos del Sol:

La detección de los neutrinos pp de 2014 es la más hermosa: muestra de forma inmediata aquella reacción de la que el Sol obtiene con mucho la mayor parte de su energía. Se veía arder el Sol — y ello el proceso de ahora, no la luz, que tarda decenas de miles de años en llegar a la superficie.

La detección del CNO de 2020 cerró una brecha que Hans Bethe había abierto en 1939. Él había descrito dos vías de la fusión nuclear en las estrellas; la segunda estuvo durante ocho décadas solo calculada, nunca vista. En el Sol contribuye únicamente en torno a un uno por ciento — en estrellas más pesadas predomina.

De paso, Borexino midió la zona de transición en la que el efecto MSW pasa del comportamiento en vacío al comportamiento en materia, y confirmó la curva predicha.

Geoneutrinos

Con la misma instalación, Borexino detectó geoneutrinos — antineutrinos procedentes de la desintegración radiactiva en el interior de la Tierra. El emplazamiento italiano es para ello más favorable que el japonés de KamLAND, porque hay menos centrales nucleares en las proximidades.

La medición de 2020 sigue siendo hasta hoy la más precisa de su clase.

Repercusión

Borexino se apagó en 2021. Lo que queda es la técnica: los procedimientos de purificación desarrollados están hoy detrás de JUNO, que con 20 000 toneladas de centellador debe alcanzar la misma pureza en un volumen setenta veces mayor.

Términos relacionados

• Neutrinos solares — lo que se midió
• Centellador — la técnica de detección
• Geoneutrinos — la mirada al interior de la Tierra
• JUNO — el sucesor en cuanto a escala

Fuentes

• Colaboración Borexino: Neutrinos from the primary proton–proton fusion process in the Sun, Nature 512, 383 (2014).
• Colaboración Borexino: Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun, Nature 587, 577 (2020).