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domingo, 11 de septiembre de 2011

Un sensor cuántico que contribuirá a medir la masa del neutrino

Un sensor cuántico que contribuirá a medir la masa del neutrino
El investigador de la Universidad de Granada (UGR) Daniel Rodríguez, ha recibido una Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación para construir un sensor cuántico capaz de medir masas de núcleos atómicos con una exactitud y precisión sin precedentes. Este aparato será capaz de medir masas de núcleos atómicos con una precisión de 1 billón de veces más pequeña que la medida de la masa del átomo, lo que permitiría medir la masa del neutrino o de elementos superpesados creados en laboratorios como GSI (Alemania) o RIKEN (Japón). La financiación europea asciende a 1,5 millones de euros. En el proyecto también colabora el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN).

La construcción de este dispositivo será posible gracias a una subvención de 1,5 millones de euros otorgada por el Consejo Europeo de Investigación en el marco de la temática “Constituyentes fundamentales de la materia”. El innovador dispositivo que se construirá en la UGR podrá medir las masas de los llamados elementos superpesados, que no existen en la naturaleza y sólo se producen en reacciones nucleares de fusión en cuatro laboratorios: Berkeley (EEUU), DUBNA (Rusia), RIKEN (Japón) y GSI (Alemania). Se trata de elementos que tienen un número atómico entre Z=104 y Z=118.

El elemento más pesado que existe en la naturaleza es el uranio (Z=92), si bien otros más pesados que el uranio pueden producirse en reactores de manera artificial. El sensor cuántico desarrollado en Granada permitirá medir las masas de estos elementos en el GSI de Alemania, donde los científicos trasladarán el dispositivo una vez termine de construirse en la UGR. Hasta la fecha el elemento más pesado que se ha medido es el No (Z=102) cuyos resultados fueron publicados por la colaboración SHIPTRAP, de la que forma parte el propio Daniel Rodríguez, en Nature en el año 2010.

Asimismo, este dispositivo se ha diseñado para contribuir decisivamente a la medición de la masa del neutrino, tan pequeña que hasta hace bien poco se pensaba que era 0. Esto se hará con la medida del valor Q de la desintegración del 187Re al 187Os. En ésta se emiten un electrón y un antineutrino que se reparten la energía total, también llamada valor Q. La colaboración internacional MARE, donde participa la NASA, estudia el final del espectro de electrones provenientes del decaimiento del 187Re utilizando bolómetros con el fin de obtener la masa del antineutrino, siguiendo una “vieja” idea de Enrico Fermi en 1934. Para obtener un valor definitivo de la masa se necesita la medida precisa de los isótopos padre e hijo, cuya diferencia nos da el valor Q. Este experimento se llevará a cabo en la Universidad de Granada.

El sensor cuántico consiste en un ión de calcio suspendido en vacío en una trampa magnética (Penning trap) y enfriado con luz de un láser. El enfriamiento se da siempre y cuando esta luz tenga una frecuencia igual a la diferencia de energía entre dos niveles energéticos del electrón menos ligado en la corteza. En física cuántica, la luz se comporta también como partícula. A las partículas de luz se les llama fotones y tienen una energía relacionada con la frecuencia a través de la llamada constante de Planck. En el proceso de enfriamiento el electrón más externo del ión se mueve de un estado de energía a otro, absorbiendo fotones y emitiendo fotones, lo que se quiere utilizar para pesar átomos individuales.

Para ello se coloca el ión que se quiere pesar en la trampa magnética contigua a la del sensor. Ambos iones pueden “conectarse” en vacío a través del electrodo que los separa igualando sus frecuencias de oscilación, y de este modo transferir energía entre sí, por ejemplo del ión que se quiere medir al ión del sensor. Esto, de interés en campos como la computación cuántica, no se ha conseguido hasta la fecha.

Daniel Rodríguez es Investigador Ramón y Cajal en el Departamento de Física Atómica Molecular y Nuclear de la UGR desde noviembre de 2009. Previamente ha disfrutado de un contrato postdoc del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), y ha sido también investigador Juan de la Cierva en las universidades de Huelva y Granada, donde se incorporó avalado por el catedrático Antonio M. Lallena Rojo. Ha realizado estancias en el Instituto Max-Planck de Física Nuclear de Heidelberg (Alemania); en el Laboratorio de Física Corpuscular de Caen (Francia); en el GSI de Darmstadt (Alemania) y en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) de Suiza.

Rodríguez es también portavoz de la colaboración internacional MATS en FAIR, integrada por 87 científicos de 24 institutos y universidades de 10 países (Alemania, Bélgica, Canadá, España, Estados Unidos, Finlandia, Francia, India, Rusia y Suecia). Coautor en más de 40 publicaciones indexadas, entre ellas un artículo en Nature y cuatro Physical Review Letters, Rodríguez ha sido ponente en numerosos congresos internacionales, el último “Particle and Nuclei International Conference” celebrado entre al 24 y 29 de julio de 2011 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts en Estados Unidos, donde presentó por primera vez el proyecto del sensor cuántico.




Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN)

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