Daya Bay
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Daya Bay fue un experimento de reactor en la provincia de Cantón, en el sur de China. En 2012 determinó el último ángulo de mezcla desconocido de la oscilación de neutrinos — y dejó así el camino libre para la búsqueda de la violación de CP.
El ángulo que faltaba
La matriz PMNS contiene tres ángulos de mezcla. Dos de ellos se conocían hacia el cambio de milenio: θ₁₂ a partir de los neutrinos solares y de KamLAND, y θ₂₃ a partir de los neutrinos atmosféricos.
El tercero, θ₁₃, era desconocido y posiblemente nulo.
De esa cifra dependía mucho. Si θ₁₃ hubiera sido cero, la violación de CP en el sector leptónico no podría medirse en absoluto — la fase correspondiente ya no aparecería en ninguna magnitud observable. La pregunta de por qué el universo está hecho de materia habría quedado, por esta vía, sin respuesta posible.
Experimentos anteriores solo habían acotado θ₁₃ por arriba. Todos los indicios apuntaban a que era pequeño — la cuestión era si pequeño o nulo.
El dispositivo
En el emplazamiento hay seis reactores nucleares con 17,4 gigavatios térmicos de potencia en conjunto, una de las fuentes de neutrinos más intensas del mundo.
Daya Bay repartió ocho detectores de construcción idéntica, con 20 toneladas de centellador cada uno, entre tres salas subterráneas: dos cerca de los reactores, a unos 500 metros de distancia, y una sala lejana a unos 1 650 metros.
El centellador estaba mezclado con gadolinio. Este elemento captura neutrones con especial facilidad y emite al hacerlo una intensa señal luminosa — lo que hace mucho más nítida la coincidencia retardada de dos destellos.
Por qué el modo de construcción fue decisivo
El ardid reside en la comparación. Los detectores cercanos miden lo que los reactores emiten; el lejano mide lo que llega.
Con ello desaparece la mayor incertidumbre. Cuántos antineutrinos emite exactamente un reactor depende del combustible, del quemado y de datos nucleares que a su vez solo se conocen con una precisión de unos pocos por ciento. Para una medida en la que se trata de un déficit de unos pocos por ciento, eso sería letal.
Pero como los ocho detectores eran de construcción idéntica y se llenaron con el mismo centellador procedente del mismo lote, estas incertidumbres se cancelan casi por completo en el cociente.
Los detectores llegaron incluso a intercambiarse entre las salas durante el funcionamiento, para excluir también el último resto de diferencias debidas a los aparatos.
El resultado
En marzo de 2012 la colaboración presentó, tras solo 55 días de medida, un resultado: θ₁₃ es distinto de cero, con una significación de más de cinco desviaciones estándar.
El valor era además mayor de lo que muchos esperaban — lo bastante grande como para hacer medible la violación de CP con las instalaciones de la siguiente generación.
Pocas semanas después, los experimentos RENO en Corea y Double Chooz en Francia confirmaron el hallazgo. T2K había aportado poco antes los primeros indicios desde la otra dirección, a través de la aparición de neutrinos electrónicos en un haz.
Hasta la conclusión de las medidas, en diciembre de 2020, Daya Bay determinó θ₁₃ con una precisión de aproximadamente el tres por ciento — hasta hoy el valor más exacto.
Qué se siguió de ello
Sin este resultado no existirían ni Hyper-Kamiokande ni DUNE en su configuración actual. Ambos están construidos para medir una asimetría entre neutrinos y antineutrinos — y que eso sea siquiera posible lo ha mostrado Daya Bay.
Términos relacionados
- Matriz PMNS — dónde figura θ₁₃
- Neutrinos de reactor — la fuente
- T2K — la medida desde la otra dirección
- JUNO — el sucesor en China
Fuentes
- Colaboración Daya Bay: Observation of Electron-Antineutrino Disappearance at Daya Bay, Physical Review Letters 108, 171803 (2012).
- Colaboración Daya Bay: Precision Measurement of Reactor Antineutrino Oscillation at Kilometer-Scale Baselines, Physical Review Letters 130, 161802 (2023).