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Borexino

Octubre 11, 2021

Borexino es un experimento de física de partículas que tiene como objetivo estudiar neutrinos de bajas energías (menores de 1 MeV).[1]​

El observatorio Borexino en los Laboratorios Nacionales del Gran Sasso en septiembre de 2015. Se aprecia el recubrimiento térmico en instalación (material plateado), usado para estabilizar sus fluidos internos y mejorar ulteriormente su ya extraordinaria radiopureza.

El detector es el calorímetro de centelleador líquido más radio-puro del mundo, encargado de detectar neutrinos a través de su dispersión elástica en los electrones de las moléculas aromáticas del centelleador, que emiten señales luminosas digitalizables para su posterior análisis. El detector está contenido en una esfera de acero inoxidable de 13.7 m de diámetro, que se encarga también de servir de soporte mecánico para más de 2200 fotomultiplicadores (PMTs), y está protegido por un Tanque de Agua que le sirve de escudo frente a radiactividad natural externa y se encarga de identificar muones cósmicos que consiguen atravesar la gran masa de montaña bajo la que se encuentra.

El propósito principal del experimento es medir el flujo de neutrinos solares con alta precisión, en particular los provenientes del decaimiento radioactivo de berilio-7 en el Sol. Esta medición permite profundizar el conocimiento de los procesos de fusión nuclear que se dan en el centro del Sol (por ej., las reacciones nucleares en sí, la composición solar, la opacidad de sus componentes, distribución de materia...), y también ayuda a determinar propiedades de la propagación y oscilación de neutrinos, entre ellas el "efecto materia" (Mikheyev–Smirnov–Wolfenstein). Otros objetivos del experimento incluyen la detección de neutrinos solares producidos por el boro-8, las cadenas pp y pep y el ciclo CNO, como también de antineutrinos procedentes de la Tierra y de centrales nucleares alrededor del mundo. Es también posible que Borexino detecte neutrinos producidos por supernovas dentro de nuestra galaxia.[2]​ Por lo tanto, Borexino es miembro de SNEWS (Sistema de Alerta Temprana de Supernovas).[3]​ Además de todo ello, sus datos se utilizan para búsquedas de procesos raros y partículas aún desconocidas.

El experimento está situado en los Laboratorios Nacionales del Gran Sasso (LNGS), cerca de L'Aquila, Italia, y está patrocinado por una colaboración internacional con investigadores de Italia, Estados Unidos, Alemania, Polonia, Francia y Rusia. Borexino es financiado por varias agencias nacionales, incluyendo el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) y la Fundación Nacional de Ciencia americana (NSF).[4]​ En mayo de 2010, Borexino cumplió 10 años desde el inicio de su toma de datos en 2007.

El proyecto SOX (Short-distance neutrino Oscillations with boreXino, u Oscilaciones de neutrinos a Corta distancia con boreXino)[5]​ se hubiera encargado de estudiar la posible existencia de neutrinos estériles ligeros u otros efectos de oscilación anómalos a cortas distancias (en torno a metros) en la propagación de neutrinos, gracias a una fuente radiactiva situada a corta distancia del experimento. Este proyecto fue cancelado pocos meses antes de dar inicio (finales de 2017) debido a la imposibilidad de contar con una fuente lo suficientemente potente.

Etimología

El nombre Borexino (o BOREXino, como venía escrito en los primeros documentos de planificación) deriva de la propuesta experimental de BOREX (BORon solar neutrino EXperiment, o EXperimento de neutrinos solares con BORO): un detector más grande (1 kT de masa fiducial, frente al 0.1 kT de masa fiducial actual de Borexino) que usaba un centelleador líquido diferente (TMB, trimetilborato), que finalmente no fue construido por el interés en conseguir mayor radiopureza, más sencillo con un aparato menos masivo, y por consideraciones de financiación.[6]​

Resultados y cronología del experiment

  • En mayo de 2007, el detector Borexino empezó a tomar datos.[7]​ Se publicó su primera detección, en tiempo real,[8]​ de neutrinos solares en agosto de ese mismo año.[9]​ El cuerpo de datos se amplió nuevamente en 2008[10]​ para ofrecer resultados actualizados.
     
    Las bandas grises comparan las regiones de energías, donde los tres telescopios de neutrinos solares capaces de medir la energía de los eventos son sensibles. Las predicciones para los neutrinos se muestran en una escala logarítmica. Super-Kamiokande y SNO pueden observar aproximadamente 0,02% del total, mientras que Borexino puede observar cada tipo de neutrino esperado.
  • En 2010, se observaron geo-neutrinos provenientes del interior de la Tierra por primera vez. Los geo-neutrinos son anti-neutrinos electrónicos producidos en desintegraciones de los isótopos radiactivos del uranio, torio, potasio, y rubidio contenidos en el interior del planeta, aunque solo los neutrinos provenientes de la cadena de desintegración del 238U/232Th son visibles por Borexino,[11]​ debido al umbral de detección impuesto por la reacción que permite al detector observar neutrinos: el decaimiento beta inverso (IBD). Ese mismo año, se publicó la medida a más bajo umbral energético (3 MeV) del flujo de neutrinos provenientes de la reacción del 8B en el Sol.[12]​ Además, se llevó a cabo una importante campaña de calibración del detector con varias fuentes radiactivas de baja intensidad,[13]​ con el objetivo de determinar con alta precisión la respuesta del experimento a señales conocidas similares a las que estudia.
  • En 2011, el experimento publicó la medición más precisa[14]​ en esa época del flujo de neutrinos solares del berilio-7, así como la primera prueba de la existencia de neutrinos solares producto de reacciones protón-electrón-protón (reacciones pep).[15]​
  • En 2012, se publicaron los resultados de las mediciones de la velocidad de los neutrinos que viajaron desde el CERN a Gran Sasso en la campaña CNGS (CERN Neutrinos to Gran Sasso). Los resultados fueron consistentes con la velocidad de la luz,[16]​ como se esperaba,[17]​ y se probó que no lograron superarla. También se llevó a cabo una importante campaña de purificación del centelleador líquido, con el objetivo de reducir aún más sus niveles ultra-bajos de contaminantes radiactivos (se logró reducirlos hasta 15 órdenes de magnitud, o mil billones de veces, por debajo de los niveles típicos de radiactividad natural de fondo).
  • En el año 2013, Borexino estableció un límite en los parámetros de neutrinos estériles.[18]​ También se extrajo una señal de geo-neutrinos[19]​ que permitió dar una idea de la actividad de los elementos radiactivos en la corteza terrestre.[20]​
  • En 2014, publicaron un análisis de la actividad de fusión protón-protón en el núcleo solar;[21]​ esta reacción de fusión es importante porque es la responsable del 99% de la energía que irradia el Sol. Además, al encontrar una correlación entre la energía electromagnética irradiada hoy día (que tarda entre diez y cien mil años en salir del Sol desde las zonas de fusión de hidrógeno) y la predicha por la medida de los neutrinos pp (que solo tardan unos 8 minutos en llegar a la Tierra desde su producción en el núcleo solar), se verificó la estabilidad del sol en los últimos ~105 años. Teniendo en cuenta la oscilación de neutrinos dentro del Sol según el efecto MSW, el flujo de neutrinos pp es consistente con el Modelo Solar Standard. Se debe notar que otros experimentos sensibles a los neutrinos de baja energía como los pp (GALLEX/GNO, SAGE) consiguieron contar todos los neutrinos por encima de una cierta energía, pero Borexino es el primero en conseguir separar la contribución de neutrinos provenientes de cada reacción en particular (es decir, es capaz de efectuar una medida espectroscópica de los neutrinos solares).
  • En 2015, se presentó un análisis espectral de los geo-neutrinos,[22]​ y el mejor límite mundial sobre la no-conservación de la carga eléctrica. Además, se instaló un versátil Sistema de Monitorización y Gestión de las Temperaturas en Borexino,[23]​ en varias fases durante todo 2015. Consiste en un Sistema de Sensores Térmicos Latitudinales de alta precisión, compuesto por más de 65 sensores instalados desde finales de 2014; y en el Sistema de Aislamiento Térmico, que minimiza la influencia de las temperaturas del ambiente externo en los fluidos internos de Borexino gracias a una capa de material aislante en las paredes del Tanque de Agua, con el objetivo de estabilizar la fluidodinámica interna,[24]​ reduciendo la mezcla de los fluidos y mejorando aún más los niveles de radiopureza. Más tarde en 2015, Borexino también presentó el mejor límite en la vida media del electrón (a través de la hipótesis del decaimiento e−→γ+ν),[25]​ proporcionando el mejor límite en la conservación de la carga eléctrica hasta ahora.
  • En 2017, Borexino publicó la primera medida espectroscópica de banda ancha del espectro de neutrinos solares,[26]​ incluyendo la determinación a alta precisión de las contribuciones simultáneas de los flujos de neutrinos provenientes del 7Be, pep y pp, extraídos de la misma ventana energética (190-2930 keV). Estas medidas alcanzaron precisiones de hasta el 2,7% (en el caso del berilio-7) y establecieron un nivel de confianza estadística de 5σ en la detección de los neutrinos pep. Asimismo, se consiguió un límite superior en el flujo de los muy buscados neutrinos CNO compatible con los resultados anteriores, pero con presupuestos mucho más libres, lo que hizo el resultado más robusto. Estos resultados fueron posibles gracias, por un lado, a la mucha mayor cantidad de datos recabados a lo largo de los años de operaciones, y por otro, a las nuevas técnicas de análisis de datos y la simulación de MonteCarlo[27]​ de vanguardia de todo el detector. Además, también se publicó una observación actualizada de los neutrinos del boro-8 con datos de la Fase I y II (2008-2016), lo que duplicó la precisión de la medida anterior, y comenzó a apuntar hacia una ligera preferencia por el SSM de alta metalicidad (HZ), considerando todos los datos de neutrinos solares disponibles en esa fecha. Se publicó también una mejora de la sensibilidad a la modulación estacional de los neutrinos solares,[28]​ utilizando el flujo de neutrinos del berilio-7. Ese mismo año, se publicó el mejor límite superior para el momento magnético del neutrino,[29]​ basado en observación directa. Se buscó además una señal de neutrinos que coincidiese con las señales de ondas gravitacionales por fusión de agujeros negros binarios GW150914, GW151226 y GW170104, rechazándose la existencia de dicha señal hasta donde puede alcanzar la sensibilidad de Borexino,[30]​ como se esperaba.

Proyecto SOX

El proyecto SOX (Short-distance neutrino Oscillations with boreXino) tiene como objetivo la confirmación, o alternativamente el rechazo sin ambigüedad, de las llamadas "anomalías de neutrinos": una serie de pruebas circunstanciales de la desaparición, no explicable con los modelos actuales, de neutrinos electrónicos observada en varios experimentos (LSND, MiniBooNE, detectores alrededor de reactores nucleares, experimentos de detección con galio y fuentes radiactivas como GALLEX y SAGE). Si tiene éxito, SOX demostrará la existencia de componentes estériles (que no interaccionen a través de la interacción electrodébil) que se mezclen con los neutrinos electrónicos, abriendo una nueva era en la física de partículas fundamentales y la cosmología. Una señal sólida en este sentido sería el primer descubrimiento de partículas más allá del Modelo Estándar (BSM), y tendría implicaciones profundas en el conocimiento actual de la física de partículas y del Universo en general. En caso de un resultado negativo, por otra parte, se encargará de cerrar un largo debate sobre la solidez de las anomalías neutrínicas, llevando a cabo una amplia búsqueda de nueva física en las interacciones de neutrinos de baja energía. En cualquiera de los casos, ofrecerá una buena medida del momento magnético del neutrino, el ángulo de Weinberg θW, así como de otros parámetros básicos de la Física. También servirá como una excelente calibración energética de Borexino, lo que sería muy beneficioso para la contextualización de futuras mediciones del experimento.

SOX utilizará un potente (~150 kCi) y innovador generador de antineutrinos electrónicos basado en el cerio/praseodimio-144 (144Ce/144Pr), y quizás en un futuro otro generador basado en el cromo-51 (que emitiría neutrinos electrónicos y necesitaría un tiempo de medida bastante menor). Este generador será emplazado a poca distancia (8.5 m) del detector: en realidad, bajo él: existe un pequeño túnel construido ex-profeso bajo Borexino antes de que se erigiese el detector, con la idea de que precisamente podría acoger fuentes radioactivas para experimentos que las necesitasen. Este generador proporcionara decenas de miles de interacciones limpias de antineutrinos en el volumen activo de Borexino. El experimento comenzará en la primera mitad de 2018 y tomará datos durante aproximadamente dos años. Una campaña de calorimetría de alta precisión (<1% de incertidumbre en la medida) con dos calorímetros separados se llevería a cabo antes de insertar la fuente en el túnel, al final de la campaña de adquisición de datos y posiblemente en algún momento durante la duración del experimento, para proporcionar una medición precisa e independiente de la actividad de la fuente, de modo que se pueda llevar a cabo un estudio de posibles déficits de flujo con poca incertidumbre. También se han desarrollado técnicas de análisis de la forma de la señal de antineutrinos para incrementar la sensibilidad del experimento, y de tal manera cubrir todo el espacio de fases "anómalo" que aún cuenta con suficiente relevancia estadística, donde podrían hallarse neutrinos estériles ligeros.

En octubre de 2017, una prueba de transporte "en blanco" (sin material radiactivo) se llevó a cabo con éxito en las inmediaciones de Borexino en los LNGS,[31]​ para cubrir los últimos pasos requeridos por las regulaciones vigentes antes de que llegase la fuente verdadera. Sin embargo, a finales de 2017 se dieron a conocer públicamente problemas con la fabricación de la ceria (óxido de cerio (IV) o CeO2) para el generador de antineutrinos de CeSOX por parte del conglomerado estatal ruso PA Mayak. Estos problemas significaron que el generador no sería capaz de proporcionar un número suficiente de antineutrinos para los propósitos del experimento, lo que llevó a una revisión formal del experimento y su fecha de inicio prevista.[32]​

Referencias

  1. Science and Technology of BOREXINO: A Real Time Detector for Low Energy Solar Neutrinos at arXiv.org
  2. "Supernova Neutrino Detection in Borexino" at arXiv.org
  3. Alimonti, G.; Arpesella, C.; Back, H.; Balata, M.; Bartolomei, D.; Bellefon, A. de; Bellini, G.; Benziger, J. et al.. «The Borexino detector at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso». Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 600 (3): 568-593. doi:10.1016/j.nima.2008.11.076. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  4. Saggese, Paolo. «Borexino Experiment Official Web Site». borex.lngs.infn.it. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  5. Caminata, Alessio. . web.ge.infn.it (en inglés británico). Archivado desde el original el 19 de octubre de 2017. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  6. G., Raffelt, Georg (1996). Stars as laboratories for fundamental physics : the astrophysics of neutrinos, axions, and other weakly interacting particles. University of Chicago Press. ISBN 0226702723. OCLC 33103923. 
  7. «The Borexino experiment at Gran Sasso begins the data taking». Interactions (en inglés). Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  8. Feresin, Emiliano (22 de agosto de 2007). «Low-energy neutrinos spotted». Nature News (en inglés). doi:10.1038/news070820-5. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  9. Arpesella, C.; Bellini, G.; Benziger, J.; Bonetti, S.; Caccianiga, B.; Calaprice, F.; Dalnoki-Veress, F.; D'Angelo, D. et al.. «First real time detection of 7Be solar neutrinos by Borexino». Physics Letters B 658 (4): 101-108. doi:10.1016/j.physletb.2007.09.054. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  10. Arpesella, C.; Back, H. O.; Balata, M.; Bellini, G.; Benziger, J.; Bonetti, S.; Brigatti, A.; Caccianiga, B. et al. (29 de agosto de 2008). «Direct Measurement of the Be 7 Solar Neutrino Flux with 192 Days of Borexino Data». Physical Review Letters (en inglés) 101 (9). ISSN 0031-9007. doi:10.1103/physrevlett.101.091302. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  11. Bellini, G.; Benziger, J.; Bonetti, S.; Avanzini, M. Buizza; Caccianiga, B.; Cadonati, L.; Calaprice, F.; Carraro, C. et al.. «Observation of geo-neutrinos». Physics Letters B 687 (4-5): 299-304. doi:10.1016/j.physletb.2010.03.051. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  12. Bellini, G.; Benziger, J.; Bonetti, S.; Buizza Avanzini, M.; Caccianiga, B.; Cadonati, L.; Calaprice, F.; Carraro, C. et al. (5 de agosto de 2010). «Measurement of the solar B 8 neutrino rate with a liquid scintillator target and 3 MeV energy threshold in the Borexino detector». Physical Review D (en inglés) 82 (3). ISSN 1550-7998. doi:10.1103/physrevd.82.033006. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  13. Back, H.; Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D.; Bonfini, G.; Bravo, D.; Avanzini, M. Buizza; Caccianiga, B. et al. (2012). «Borexino calibrations: hardware, methods, and results». Journal of Instrumentation (en inglés) 7 (10): P10018. ISSN 1748-0221. doi:10.1088/1748-0221/7/10/p10018. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  14. Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D.; Bonetti, S.; Bonfini, G.; Buizza Avanzini, M.; Caccianiga, B.; Cadonati, L. et al. (30 de septiembre de 2011). «Precision Measurement of the Be 7 Solar Neutrino Interaction Rate in Borexino». Physical Review Letters (en inglés) 107 (14). ISSN 0031-9007. doi:10.1103/physrevlett.107.141302. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  15. Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D.; Bonetti, S.; Bonfini, G.; Bravo, D.; Buizza Avanzini, M.; Caccianiga, B. et al. (2 de febrero de 2012). «First Evidence of p e p Solar Neutrinos by Direct Detection in Borexino». Physical Review Letters (en inglés) 108 (5). ISSN 0031-9007. doi:10.1103/physrevlett.108.051302. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  16. Alvarez Sanchez, P.; Barzaghi, R.; Bellini, G.; Benziger, J.; Betti, B.; Biagi, L.; Bick, D.; Bonfini, G. et al.. «Measurement of CNGS muon neutrino speed with Borexino». Physics Letters B 716 (3-5): 401-405. doi:10.1016/j.physletb.2012.08.052. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  17. «Measurements of neutrino speed» |url= incorrecta con autorreferencia (ayuda). Wikipedia (en inglés). 13 de septiembre de 2017. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  18. Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D.; Bonfini, G.; Bravo, D.; Buizza Avanzini, M.; Caccianiga, B.; Cadonati, L. et al. (29 de octubre de 2013). «New limits on heavy sterile neutrino mixing in B 8 decay obtained with the Borexino detector». Physical Review D (en inglés) 88 (7). ISSN 1550-7998. doi:10.1103/physrevd.88.072010. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  19. Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D.; Bonfini, G.; Bravo, D.; Avanzini, M. Buizza; Caccianiga, B.; Cadonati, L. et al.. «Measurement of geo-neutrinos from 1353 days of Borexino». Physics Letters B 722 (4-5): 295-300. doi:10.1016/j.physletb.2013.04.030. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  20. «Borexino has new results on geoneutrinos - CERN Courier». cerncourier.com (en inglés británico). Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  21. Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D.; Bonfini, G.; Bravo, D.; Caccianiga, B.; Cadonati, L.; Calaprice, F. et al.. «Neutrinos from the primary proton–proton fusion process in the Sun». Nature 512 (7515): 383-386. doi:10.1038/nature13702. 
  22. Agostini, M.; Appel, S.; Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D.; Bonfini, G.; Bravo, D.; Caccianiga, B. et al. (7 de agosto de 2015). «Spectroscopy of geoneutrinos from 2056 days of Borexino data». Physical Review D (en inglés) 92 (3). ISSN 1550-7998. doi:10.1103/physrevd.92.031101. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  23. Bravo-Berguño, David; Mereu, Riccardo; Cavalcante, Paolo; Carlini, Marco; Ianni, Andrea; Goretti, Augusto; Gabriele, Federico; Wright, Tristan et al. (25 de mayo de 2017). «The Borexino Thermal Monitoring and Management System». arXiv:1705.09078 [physics]. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  24. Bravo-Berguño, David; Mereu, Riccardo; Vogelaar, Robert Bruce; Inzoli, Fabio (26 de mayo de 2017). «Fluid-dynamics in the Borexino Neutrino Detector: behavior of a pseudo-stably-stratified, near-equilibrium closed system under asymmetrical, changing boundary conditions». arXiv:1705.09658 [hep-ex, physics:physics]. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  25. Agostini, M.; Appel, S.; Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D.; Bonfini, G.; Bravo, D.; Caccianiga, B. et al. (3 de diciembre de 2015). «Test of Electric Charge Conservation with Borexino». Physical Review Letters (en inglés) 115 (23). ISSN 0031-9007. doi:10.1103/physrevlett.115.231802. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  26. Agostini, M.; Altenmuller, K.; Appel, S.; Atroshchenko, V.; Bagdasarian, Z.; Basilico, D.; Bellini, G.; Benziger, J. et al. (28 de julio de 2017). «First Simultaneous Precision Spectroscopy of $pp$, $^7$Be, and $pep$ Solar Neutrinos with Borexino Phase-II». arXiv:1707.09279 [astro-ph, physics:hep-ex]. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  27. Agostini, M.; Altenmuller, K.; Appel, S.; Atroshchenko, V.; Bagdasarian, Z.; Basilico, D.; Bellini, G.; Benziger, J. et al. (7 de abril de 2017). «The Monte Carlo simulation of the Borexino detector». arXiv:1704.02291 [hep-ex, physics:physics]. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  28. Agostini, M.; Altenmüller, K.; Appel, S.; Atroshchenko, V.; Basilico, D.; Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D. et al.. «Seasonal modulation of the 7 Be solar neutrino rate in Borexino». Astroparticle Physics 92: 21-29. doi:10.1016/j.astropartphys.2017.04.004. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  29. Agostini, M.; Altenmüller, K.; Appel, S.; Atroshchenko, V.; Bagdasarian, Z.; Basilico, D.; Bellini, G.; Benziger, J. et al. (28 de julio de 2017). «Limiting neutrino magnetic moments with Borexino Phase-II solar neutrino data». arXiv:1707.09355 [hep-ex, physics:hep-ph]. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  30. Agostini, M.; Altenmuller, K.; Appel, S.; Atroshchenko, V.; Bagdasarian, Z.; Basilico, D.; Bellini, G.; Benziger, J. et al. (30 de junio de 2017). «A search for low-energy neutrinos correlated with gravitational wave events GW150914, GW151226 and GW170104 with the Borexino detector». arXiv:1706.10176 [astro-ph, physics:hep-ex, physics:hep-ph]. Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  31. Galeota, Marco. «Il test di trasporto per l'esperimento SOX». Laboratori Nazionali del Gran Sasso (en it-it). Consultado el 26 de octubre de 2017. 
  32. Galeota, Marco. «Nota stampa 12-12-2017». Laboratori Nazionali del Gran Sasso (en it-it). Consultado el 14 de diciembre de 2017. 

Enlaces externos

  • Press release from US NSF on first real-time detection
  • Borexino Collaboration succeeds in spotting pep neutrinos emitted from the sun PhysOrg.com. 9 de febrero del 2012.
  • Borexino has new results on geoneutrinos CERN COURIER. 20 de octubre del 2014.
  • Borexino measures the Sun’s energy in real time CERN COURIER. 20 de octubre del 2014.
  • Borexino Experiment brief explanation 14 de noviembre del 2014.
  • A first look at the Earth interior from the Gran Sasso underground laboratory INFN press release. 11 de marzo del 2010.
  • The Borexino experiment at Gran Sasso begins the data taking Laboratori Nazionali del Gran Sasso.



  •   Datos: Q893513
  •   Multimedia: Borexino

Octubre 11, 2021
borexino, experimento, física, partículas, tiene, como, objetivo, estudiar, neutrinos, bajas, energías, menores, observatorio, laboratorios, nacionales, gran, sasso, septiembre, 2015, aprecia, recubrimiento, térmico, instalación, material, plateado, usado, par. Borexino es un experimento de fisica de particulas que tiene como objetivo estudiar neutrinos de bajas energias menores de 1 MeV 1 El observatorio Borexino en los Laboratorios Nacionales del Gran Sasso en septiembre de 2015 Se aprecia el recubrimiento termico en instalacion material plateado usado para estabilizar sus fluidos internos y mejorar ulteriormente su ya extraordinaria radiopureza El detector es el calorimetro de centelleador liquido mas radio puro del mundo encargado de detectar neutrinos a traves de su dispersion elastica en los electrones de las moleculas aromaticas del centelleador que emiten senales luminosas digitalizables para su posterior analisis El detector esta contenido en una esfera de acero inoxidable de 13 7 m de diametro que se encarga tambien de servir de soporte mecanico para mas de 2200 fotomultiplicadores PMTs y esta protegido por un Tanque de Agua que le sirve de escudo frente a radiactividad natural externa y se encarga de identificar muones cosmicos que consiguen atravesar la gran masa de montana bajo la que se encuentra El proposito principal del experimento es medir el flujo de neutrinos solares con alta precision en particular los provenientes del decaimiento radioactivo de berilio 7 en el Sol Esta medicion permite profundizar el conocimiento de los procesos de fusion nuclear que se dan en el centro del Sol por ej las reacciones nucleares en si la composicion solar la opacidad de sus componentes distribucion de materia y tambien ayuda a determinar propiedades de la propagacion y oscilacion de neutrinos entre ellas el efecto materia Mikheyev Smirnov Wolfenstein Otros objetivos del experimento incluyen la deteccion de neutrinos solares producidos por el boro 8 las cadenas pp y pep y el ciclo CNO como tambien de antineutrinos procedentes de la Tierra y de centrales nucleares alrededor del mundo Es tambien posible que Borexino detecte neutrinos producidos por supernovas dentro de nuestra galaxia 2 Por lo tanto Borexino es miembro de SNEWS Sistema de Alerta Temprana de Supernovas 3 Ademas de todo ello sus datos se utilizan para busquedas de procesos raros y particulas aun desconocidas El experimento esta situado en los Laboratorios Nacionales del Gran Sasso LNGS cerca de L Aquila Italia y esta patrocinado por una colaboracion internacional con investigadores de Italia Estados Unidos Alemania Polonia Francia y Rusia Borexino es financiado por varias agencias nacionales incluyendo el Instituto Nacional de Fisica Nuclear INFN y la Fundacion Nacional de Ciencia americana NSF 4 En mayo de 2010 Borexino cumplio 10 anos desde el inicio de su toma de datos en 2007 El proyecto SOX Short distance neutrino Oscillations with boreXino u Oscilaciones de neutrinos a Corta distancia con boreXino 5 se hubiera encargado de estudiar la posible existencia de neutrinos esteriles ligeros u otros efectos de oscilacion anomalos a cortas distancias en torno a metros en la propagacion de neutrinos gracias a una fuente radiactiva situada a corta distancia del experimento Este proyecto fue cancelado pocos meses antes de dar inicio finales de 2017 debido a la imposibilidad de contar con una fuente lo suficientemente potente Indice 1 Etimologia 2 Resultados y cronologia del experiment 3 Proyecto SOX 4 Referencias 5 Enlaces externosEtimologia EditarEl nombre Borexino o BOREXino como venia escrito en los primeros documentos de planificacion deriva de la propuesta experimental de BOREX BORon solar neutrino EXperiment o EXperimento de neutrinos solares con BORO un detector mas grande 1 kT de masa fiducial frente al 0 1 kT de masa fiducial actual de Borexino que usaba un centelleador liquido diferente TMB trimetilborato que finalmente no fue construido por el interes en conseguir mayor radiopureza mas sencillo con un aparato menos masivo y por consideraciones de financiacion 6 Resultados y cronologia del experiment EditarEn mayo de 2007 el detector Borexino empezo a tomar datos 7 Se publico su primera deteccion en tiempo real 8 de neutrinos solares en agosto de ese mismo ano 9 El cuerpo de datos se amplio nuevamente en 2008 10 para ofrecer resultados actualizados Las bandas grises comparan las regiones de energias donde los tres telescopios de neutrinos solares capaces de medir la energia de los eventos son sensibles Las predicciones para los neutrinos se muestran en una escala logaritmica Super Kamiokande y SNO pueden observar aproximadamente 0 02 del total mientras que Borexino puede observar cada tipo de neutrino esperado En 2010 se observaron geo neutrinos provenientes del interior de la Tierra por primera vez Los geo neutrinos son anti neutrinos electronicos producidos en desintegraciones de los isotopos radiactivos del uranio torio potasio y rubidio contenidos en el interior del planeta aunque solo los neutrinos provenientes de la cadena de desintegracion del 238U 232Th son visibles por Borexino 11 debido al umbral de deteccion impuesto por la reaccion que permite al detector observar neutrinos el decaimiento beta inverso IBD Ese mismo ano se publico la medida a mas bajo umbral energetico 3 MeV del flujo de neutrinos provenientes de la reaccion del 8B en el Sol 12 Ademas se llevo a cabo una importante campana de calibracion del detector con varias fuentes radiactivas de baja intensidad 13 con el objetivo de determinar con alta precision la respuesta del experimento a senales conocidas similares a las que estudia En 2011 el experimento publico la medicion mas precisa 14 en esa epoca del flujo de neutrinos solares del berilio 7 asi como la primera prueba de la existencia de neutrinos solares producto de reacciones proton electron proton reacciones pep 15 En 2012 se publicaron los resultados de las mediciones de la velocidad de los neutrinos que viajaron desde el CERN a Gran Sasso en la campana CNGS CERN Neutrinos to Gran Sasso Los resultados fueron consistentes con la velocidad de la luz 16 como se esperaba 17 y se probo que no lograron superarla Tambien se llevo a cabo una importante campana de purificacion del centelleador liquido con el objetivo de reducir aun mas sus niveles ultra bajos de contaminantes radiactivos se logro reducirlos hasta 15 ordenes de magnitud o mil billones de veces por debajo de los niveles tipicos de radiactividad natural de fondo En el ano 2013 Borexino establecio un limite en los parametros de neutrinos esteriles 18 Tambien se extrajo una senal de geo neutrinos 19 que permitio dar una idea de la actividad de los elementos radiactivos en la corteza terrestre 20 En 2014 publicaron un analisis de la actividad de fusion proton proton en el nucleo solar 21 esta reaccion de fusion es importante porque es la responsable del 99 de la energia que irradia el Sol Ademas al encontrar una correlacion entre la energia electromagnetica irradiada hoy dia que tarda entre diez y cien mil anos en salir del Sol desde las zonas de fusion de hidrogeno y la predicha por la medida de los neutrinos pp que solo tardan unos 8 minutos en llegar a la Tierra desde su produccion en el nucleo solar se verifico la estabilidad del sol en los ultimos 105 anos Teniendo en cuenta la oscilacion de neutrinos dentro del Sol segun el efecto MSW el flujo de neutrinos pp es consistente con el Modelo Solar Standard Se debe notar que otros experimentos sensibles a los neutrinos de baja energia como los pp GALLEX GNO SAGE consiguieron contar todos los neutrinos por encima de una cierta energia pero Borexino es el primero en conseguir separar la contribucion de neutrinos provenientes de cada reaccion en particular es decir es capaz de efectuar una medida espectroscopica de los neutrinos solares En 2015 se presento un analisis espectral de los geo neutrinos 22 y el mejor limite mundial sobre la no conservacion de la carga electrica Ademas se instalo un versatil Sistema de Monitorizacion y Gestion de las Temperaturas en Borexino 23 en varias fases durante todo 2015 Consiste en un Sistema de Sensores Termicos Latitudinales de alta precision compuesto por mas de 65 sensores instalados desde finales de 2014 y en el Sistema de Aislamiento Termico que minimiza la influencia de las temperaturas del ambiente externo en los fluidos internos de Borexino gracias a una capa de material aislante en las paredes del Tanque de Agua con el objetivo de estabilizar la fluidodinamica interna 24 reduciendo la mezcla de los fluidos y mejorando aun mas los niveles de radiopureza Mas tarde en 2015 Borexino tambien presento el mejor limite en la vida media del electron a traves de la hipotesis del decaimiento e g n 25 proporcionando el mejor limite en la conservacion de la carga electrica hasta ahora En 2017 Borexino publico la primera medida espectroscopica de banda ancha del espectro de neutrinos solares 26 incluyendo la determinacion a alta precision de las contribuciones simultaneas de los flujos de neutrinos provenientes del 7Be pep y pp extraidos de la misma ventana energetica 190 2930 keV Estas medidas alcanzaron precisiones de hasta el 2 7 en el caso del berilio 7 y establecieron un nivel de confianza estadistica de 5s en la deteccion de los neutrinos pep Asimismo se consiguio un limite superior en el flujo de los muy buscados neutrinos CNO compatible con los resultados anteriores pero con presupuestos mucho mas libres lo que hizo el resultado mas robusto Estos resultados fueron posibles gracias por un lado a la mucha mayor cantidad de datos recabados a lo largo de los anos de operaciones y por otro a las nuevas tecnicas de analisis de datos y la simulacion de MonteCarlo 27 de vanguardia de todo el detector Ademas tambien se publico una observacion actualizada de los neutrinos del boro 8 con datos de la Fase I y II 2008 2016 lo que duplico la precision de la medida anterior y comenzo a apuntar hacia una ligera preferencia por el SSM de alta metalicidad HZ considerando todos los datos de neutrinos solares disponibles en esa fecha Se publico tambien una mejora de la sensibilidad a la modulacion estacional de los neutrinos solares 28 utilizando el flujo de neutrinos del berilio 7 Ese mismo ano se publico el mejor limite superior para el momento magnetico del neutrino 29 basado en observacion directa Se busco ademas una senal de neutrinos que coincidiese con las senales de ondas gravitacionales por fusion de agujeros negros binarios GW150914 GW151226 y GW170104 rechazandose la existencia de dicha senal hasta donde puede alcanzar la sensibilidad de Borexino 30 como se esperaba Proyecto SOX EditarEl proyecto SOX Short distance neutrino Oscillations with boreXino tiene como objetivo la confirmacion o alternativamente el rechazo sin ambiguedad de las llamadas anomalias de neutrinos una serie de pruebas circunstanciales de la desaparicion no explicable con los modelos actuales de neutrinos electronicos observada en varios experimentos LSND MiniBooNE detectores alrededor de reactores nucleares experimentos de deteccion con galio y fuentes radiactivas como GALLEX y SAGE Si tiene exito SOX demostrara la existencia de componentes esteriles que no interaccionen a traves de la interaccion electrodebil que se mezclen con los neutrinos electronicos abriendo una nueva era en la fisica de particulas fundamentales y la cosmologia Una senal solida en este sentido seria el primer descubrimiento de particulas mas alla del Modelo Estandar BSM y tendria implicaciones profundas en el conocimiento actual de la fisica de particulas y del Universo en general En caso de un resultado negativo por otra parte se encargara de cerrar un largo debate sobre la solidez de las anomalias neutrinicas llevando a cabo una amplia busqueda de nueva fisica en las interacciones de neutrinos de baja energia En cualquiera de los casos ofrecera una buena medida del momento magnetico del neutrino el angulo de Weinberg 8W asi como de otros parametros basicos de la Fisica Tambien servira como una excelente calibracion energetica de Borexino lo que seria muy beneficioso para la contextualizacion de futuras mediciones del experimento SOX utilizara un potente 150 kCi y innovador generador de antineutrinos electronicos basado en el cerio praseodimio 144 144Ce 144Pr y quizas en un futuro otro generador basado en el cromo 51 que emitiria neutrinos electronicos y necesitaria un tiempo de medida bastante menor Este generador sera emplazado a poca distancia 8 5 m del detector en realidad bajo el existe un pequeno tunel construido ex profeso bajo Borexino antes de que se erigiese el detector con la idea de que precisamente podria acoger fuentes radioactivas para experimentos que las necesitasen Este generador proporcionara decenas de miles de interacciones limpias de antineutrinos en el volumen activo de Borexino El experimento comenzara en la primera mitad de 2018 y tomara datos durante aproximadamente dos anos Una campana de calorimetria de alta precision lt 1 de incertidumbre en la medida con dos calorimetros separados se lleveria a cabo antes de insertar la fuente en el tunel al final de la campana de adquisicion de datos y posiblemente en algun momento durante la duracion del experimento para proporcionar una medicion precisa e independiente de la actividad de la fuente de modo que se pueda llevar a cabo un estudio de posibles deficits de flujo con poca incertidumbre Tambien se han desarrollado tecnicas de analisis de la forma de la senal de antineutrinos para incrementar la sensibilidad del experimento y de tal manera cubrir todo el espacio de fases anomalo que aun cuenta con suficiente relevancia estadistica donde podrian hallarse neutrinos esteriles ligeros En octubre de 2017 una prueba de transporte en blanco sin material radiactivo se llevo a cabo con exito en las inmediaciones de Borexino en los LNGS 31 para cubrir los ultimos pasos requeridos por las regulaciones vigentes antes de que llegase la fuente verdadera Sin embargo a finales de 2017 se dieron a conocer publicamente problemas con la fabricacion de la ceria oxido de cerio IV o CeO2 para el generador de antineutrinos de CeSOX por parte del conglomerado estatal ruso PA Mayak Estos problemas significaron que el generador no seria capaz de proporcionar un numero suficiente de antineutrinos para los propositos del experimento lo que llevo a una revision formal del experimento y su fecha de inicio prevista 32 Referencias Editar Science and Technology of BOREXINO A Real Time Detector for Low Energy Solar Neutrinos at arXiv org Supernova Neutrino Detection in Borexino at arXiv org Alimonti G Arpesella C Back H Balata M Bartolomei D Bellefon A de Bellini G Benziger J et al The Borexino detector at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment 600 3 568 593 doi 10 1016 j nima 2008 11 076 Consultado el 26 de octubre de 2017 Se sugiere usar numero autores ayuda Saggese Paolo Borexino Experiment Official Web Site borex lngs infn it Consultado el 26 de octubre de 2017 Caminata Alessio The SOX 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