China activa el detector de neutrinos más grande del mundo

“Completar el llenado del detector JUNO e iniciar la toma de datos marca un hito histórico – explica Yifang Wang, científico del Instituto de Física de Altas Energías (IHEP) de la Academia China de Ciencias y portavoz de JUNO, en un comunicado -. Por primera vez, tenemos en funcionamiento un detector de esta escala y precisión dedicado a los neutrinos. JUNO nos permitirá responder a preguntas fundamentales sobre la naturaleza de la materia y el universo”.

Situado a 700 metros bajo tierra cerca de la ciudad de Jiangmen, en la provincia de Guangdong, JUNO detecta antineutrinos producidos a 53 kilómetros de distancia por las centrales nucleares de Taishan y Yangjiang y mide su espectro energético con una precisión récord.

A diferencia de otros métodos, la determinación del ordenamiento de la masa mediante JUNO es independiente de los efectos de la materia en la Tierra y prácticamente libre de degeneraciones de parámetros. JUNO también proporcionará mejoras de orden de magnitud en la precisión de varios parámetros de oscilación de neutrinos y permitirá estudios de vanguardia sobre neutrinos provenientes del Sol, supernovas, la atmósfera y la Tierra. Además, abrirá nuevas oportunidades para explorar la física desconocida, incluyendo la búsqueda de neutrinos estériles y la desintegración de protones.

Propuesto en 2008 y aprobado por la Academia China de Ciencias y la provincia de Guangdong en 2013, JUNO comenzó su construcción subterránea en 2015. La instalación del detector comenzó en diciembre de 2021 y se completó en diciembre de 2024, seguida de una campaña de llenado por fases. En 45 días, el equipo llenó 60.000 toneladas de agua ultrapura (un líquido de calidad extremadamente alta, con un pH neutro, transparente, incoloro, insípido e inodoro utilizado en industrias como la electrónica, farmacéutica o biotecnológica), manteniendo la diferencia de nivel de líquido entre las esferas acrílicas internas y externas con una precisión de centímetros y una incertidumbre del caudal inferior al 0,5%, salvaguardando así la integridad estructural.

Durante los seis meses siguientes, se introdujeron 20.000 toneladas de centelleador líquido en la esfera acrílica de 35,4 metros de diámetro, desplazando el agua. A lo largo del proceso, señala el comunicado, se cumplieron los estrictos requisitos de pureza ultraalta, transparencia óptica y radiactividad extremadamente baja. Paralelamente, la colaboración llevó a cabo la depuración, puesta en servicio y optimización del detector, lo que permitió una transición fluida a la operación completa una vez completado el llenado.

El estudio de los neutrinos es importante porque nos permite entender el Sol y otros procesos estelares, explorar la física más allá del modelo estándar, observar eventos cósmicos extremos, y comprender la formación de estructuras en el universo. Además, los neutrinos pueden ser una herramienta para estudiar la materia oscura.

En el corazón de JUNO se encuentra un detector central de centelleador (un material que se ilumina​ cuando lo atraviesa una radiación ionizante) líquido con una masa efectiva sin precedentes de 20.000 toneladas, ubicado en el centro de una piscina de agua de 44 metros de profundidad. A eso le suma una estructura de acero inoxidable de 41,1 metros de diámetro soporta la esfera acrílica de 35,4 metros, el centelleador, 20.000 tubos fotomultiplicadores (PMT) de 20 pulgadas, 25.600 PMT de 3 pulgadas, la electrónica frontal, el cableado, las bobinas de compensación antimagnética y los paneles ópticos. Todos los PMT operan simultáneamente para capturar la luz de centelleo de las interacciones de neutrinos y convertirla en señales eléctricas.

“La construcción de JUNO ha sido un proceso de desafíos extraordinarios – añade MA Xiaoyan, Ingeniero Jefe de JUNO -. Exigió no solo nuevas ideas y tecnologías, sino también años de cuidadosa planificación, pruebas y perseverancia. Cumplir con los estrictos requisitos de pureza, estabilidad y seguridad requirió la dedicación de cientos de ingenieros y técnicos. El trabajo en equipo e integridad transformaron un diseño audaz en un detector funcional, listo para abrir una nueva ventana al mundo de los neutrinos”.

JUNO está organizado por el IHEP y cuenta con la participación de más de 700 científicos de 74 instituciones en 17 países.

“El logro histórico que anunciamos hoy es también resultado de la fructífera cooperación internacional de numerosos grupos de investigación fuera de China, que aportan a JUNO la experiencia adquirida en configuraciones previas de centelleadores líquidos. La comunidad internacional de centelleadores líquidos ha llevado la tecnología a su límite máximo, allanando el camino hacia los ambiciosos objetivos físicos del experimento”, concluye el profesor Gioacchino Ranucci, portavoz adjunto de JUNO y profesor de la Universidad de Milán.