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Experimentando a “baja velocidad”

Denisse Joana Flores
20/mar/2013

El estudio de los neutrones lentos ha capturado la atención de más de un inversionista, al menos así parecen demostrarlo países como Estados Unidos, Japón y Suecia, que le han apostado al uso de estos neutrones para potenciales aplicaciones en análisis de materiales.

México no se queda atrás. Y lo sabe bien Libertad Barrón Palos, investigadora del departamento de Física Experimental del IFUNAM, quien trabaja ya con estas singulares partículas subatómicas cuyas energías van de los 25 meV hacia abajo (los milielectronVolts es una unidad de energía cinética que adquiere un electrón al ser acelerado por una diferencia de potencial de un Volt).

“Los neutrones pueden penetrar en los materiales sin dañar las muestras. No se requiere que las muestras estén al vacío, y además son sensibles a elementos químicos ligeros como el hidrógeno”, dijo la investigadora a Noticias IFUNAM.

En su ponencia del 17 de enero titulada “Física fundamental con neutrones de baja energía”, la investigadora explicó las ventajas de trabajar con estas partículas en el laboratorio y de la necesidad de desarrollar dispositivos electromagnéticos para experimentos con neutrones de bajas energías.

Trabajar a bajas energías, explica, permite aprovechar el neutrón por más tiempo porque las velocidades son muy bajas y el tiempo que pasa el neutrón en el aparato experimental es mayor, lo que facilita los estudios; además estos “neutrones lentos” pueden ser manipulados, y de manera muy precisa, con la ayuda de campos magnéticos.

De hecho, se necesita un campo magnético relativamente poco intenso, ya sea para polarizar un haz de neutrones, es decir, provocar que el espín de los mismos esté orientado en una dirección definida o para manipular el espín (rotarlo).

Actualmente, la investigadora contribuye en una serie de experimentos que buscan alguna señal de la llamada ‘violación de paridad’ con el fin de entender mejor la interacción débil entre nucleones; que es la única de las cuatro interacciones fundamentales que no conserva la paridad.

La noción de paridad está estrechamente relacionada con la noción de simetría. Es muy similar a lo que ocurre en un espejo en el que los lados derecho e izquierdo están intercambiados. Para determinar qué lado es el mundo real y cuál es la imagen especular (reflejada), es necesario definir una dirección particular, y eso es justo lo que hace el espín del neutrón, que se define como su momento angular intrínseco; las partículas subatómicas tienen esta propiedad intrínseca, como la masa o la carga.

Pero ocurre que la dirección en la que apunta el espín del neutrón no es la única que se debe conocer pues cuando éste se desintegra (o decae) y emite nuevas partículas, estas tienen nuevas direcciones.

Por ejemplo, en un decaimiento beta (en el que un neutrón decae o se desintegra en un protón, un electrón y un anti-neutrino), los electrones se emiten a favor o en contra de la dirección definida por el espín del neutrón que decae. Cuando la emisión en una y otra dirección no se da en la misma proporción se tiene una asimetría, en otras palabras, una violación de la paridad.

Lo que hace la investigadora es intentar medir distintas observables para comprender cómo ocurre esa violación de paridad. Para ello, utiliza reacciones nucleares inducidas por neutrones polarizados. Tomando en cuenta la dirección del espín del neutrón, se intenta buscar una asimetría en la dirección en la que se emiten los productos de la reacción nuclear.


Con sus experimentos, la investigadora busca asimetrías comparando las direcciones de los productos de los neutrones con la de su propio espín.Imagen: Barrón Palos.

Si los rayos gamma son los productos, por ejemplo, es necesario analizar en que dirección se emiten, de manera que sea posible comparar el número de rayos gamma emitidos en la misma dirección que la polarización del neutrón o en contra para identificar alguna asimetría.

Esto tiene que hacerse con mucha precisión porque debido a que la intensidad de la interacción débil es siete órdenes de magnitud menor que la de la interacción fuerte, las asimetrías que se buscan medir son muy pequeñas.

Este tipo de experimentos "es nuestro medio para estudiar la interacción débil y hasta el momento no se cuenta con una teoría que explique cómo es esta interacción entre hadrones (que son sistemas formados por dos o tres quarks que están ligados debido a la interacción fuerte), explicó.

“La combinación de ambas interacciones -detalló- es difícil de entender en las teorías existentes y se requiere información experimental como la que extraemos en los experimentos que desarrollamos”.

Barrón Palos y su equipo contribuyen en varios experimentos que se realizan tanto en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge como en el Centro de Investigación de Neutrones del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, ambos en Estados Unidos, con el fin de desarrollar dispositivos electromagnéticos que les permitirán transportar y manipular el espín de los neutrones.

Algunos resultados de estas investigaciones ya han sido publicados en revistas indexadas, y desde el punto de vista de Barrón Palos, la aportación de México en estos experimentos ha sido importante porque les permite planear y desarrollar de nuevos experimentos e instrumentación.

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