La Universidad del Magdalena consolida su nombre en el escenario científico internacional tras la publicación de su más reciente artículo en Nature, la revista de mayor impacto y reconocimiento global en el campo de las ciencias naturales.
La publicación, de acceso abierto, recoge los resultados más recientes del experimento internacional NOvA, del cual la Alma Mater hace parte activa desde 2019, ratificando su experiencia en el estudio de la física de partículas.
Dos de los principales experimentos de física de partículas del mundo, NOvA (Estados Unidos) y T2K (Japón), han logrado un hito al combinar sus datos experimentales para ofrecer una medición sin precedentes del comportamiento de los neutrinos. Estas partículas elementales son conocidas por su capacidad de cambiar de "sabor" (tipo), un fenómeno llamado "oscilaciones de neutrinos".
El artículo publicado el pasado 22 de octubre en el volumen 646 de la revista Nature, presenta el primer resultado de esta cooperación científica, lo cual representa un avance significativo en el estudio de estas partículas fundamentales para comprender el origen del universo.
La cooperación, iniciada en 2019, integró seis años de datos de NOvA y una década de datos de T2K. Esta iniciativa conjunta, que une a más de 800 científicos de instituciones de primer nivel, ha generado resultados sin precedentes que podrían contener la clave para explicar por qué la materia es más abundante que la antimateria en nuestro cosmos. NOvA, con más de 250 científicos de 8 países (incluido Colombia), y T2K, con cerca de 550 científicos de 15 países, son experimentos "rivales científicos" pero complementarios.
Reduciendo Incertidumbres Experimentales
Los resultados combinados han proporcionado una de las mediciones más precisas sobre la diferencia de masa entre los distintos tipos de los neutrinos, con una incertidumbre menor al 2%. Según colaboradores de NOvA, el trabajo conjunto entre dos experimentos tan distintos permite obtener una medición más precisa que la que cada experimento podría alcanzar de manera independiente.
Aunque el análisis conjunto aún no ha logrado determinar la jerarquía de las masas de los neutrinos entre ordenamiento "normal" o "invertido", los científicos coinciden en que la colaboración es la vía más efectiva para avanzar. El ordenamiento de las masas indica cuál de los tres neutrinos es el que tiene más masa, información que sigue siendo desconocida.
Fundamentos para el Futuro de la Física
Los experimentos NOvA y T2K comparten el objetivo de estudiar las oscilaciones de neutrinos. Los experimentos operan de manera similar: NOvA envía un haz de neutrinos desde el Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab) en Illinois (Estados Unidos) hasta un detector de 14 mil toneladas ubicado en Minnesota, cerca de la frontera con Canadá. Por su parte, T2K conecta el Complejo de Aceleradores de Protones J-PARC, en Tokai (Japón), con el detector Super-Kamiokande, construido a más de un kilómetro bajo tierra. Sin embargo, trabajan en contextos y escalas diferentes. El haz de neutrinos de NOvA viaja 810 kilómetros desde Fermilab hasta Minnesota. Por su parte, el haz de T2K realiza un recorrido de 295 kilómetros entre Tokai y Kamioka, en Japón. En ambos casos, los neutrinos viajan por dentro de la Tierra, sin necesidad de un túnel, dado que rara vez interactúan con la materia. Aunque los neutrinos son la partícula (conocida) con masa más abundante del universo, sus interacciones con las otras partículas son muy escasas, lo que dificulta su estudio.
Los líderes de los proyectos destacan los beneficios de este esfuerzo conjunto. Según la portavoz de NOvA, ahora se logró una comprensión mucho mejor de las fortalezas y desafíos de los diferentes diseños experimentales y de las técnicas de análisis. Mientras que la portavoz de T2K mencionó que la física de neutrinos es un campo extraño, por lo que aislar los efectos que se buscan en los experimentos de neutrinos es un desafío. Sin embargo, la combinación de los análisis permite hacerlo, y eso ya es progreso.
NOvA y T2K son los únicos experimentos de neutrinos de base larga actualmente en funcionamiento en el mundo. Los resultados de esta colaboración sientan una base sólida para la próxima generación de experimentos internacionales, como DUNE, liderado por Fermilab, y Hyper-Kamiokande en Japón, el sucesor de Super-Kamiokande. Estos serán clave en el estudio de la violación de carga-paridad (CP), esencial para explicar la asimetría entre materia y antimateria en el universo. DUNE, del cual también hace parte la Universidad del Magdalena, continuará las investigaciones de NOvA y T2K con tecnología más avanzada.
En el año 2023 esta Casa de Estudios Superiores fue sede, por primera vez, de la tercera reunión anual del experimento DUNE, en donde participaron 420 de los más importantes expertos en neutrinos en el mundo, incluyendo profesores de física, ingenieros y estudiantes de posgrados de universidades de Estados Unidos, Europa, Asia, Suramérica y Centroamérica.
Contribución del Magdalena
El equipo de física de neutrinos de la Alma Mater en NOvA, liderado por el doctor Enrique Arrieta Díaz, profesor investigador de la Facultad de Ingeniería, ha participado de manera directa en la toma de datos del experimento NOvA y en diversos análisis especializados, particularmente en el estudio de cómo los neutrinos interactúan con la materia, información clave para entender el fenómeno de las oscilaciones de neutrinos, foco de la publicación en Nature.
Para el doctor Arrieta Díaz, la investigación descrita en este artículo busca aportar claridad sobre el inicio del universo y el comportamiento de los neutrinos, estudios que se han venido trabajando por años en esta colaboración. “Desde el inicio de la cooperación en 2019, nuestro grupo ha contribuido para obtener los resultados científicos presentados en 14 artículos publicados en revistas internacionales de alto impacto, además de aportar a la formación de estudiantes de pregrado y de maestría, cuyas investigaciones han recibido distinciones académicas”, expresó.
Este trabajo ha sido respaldado por la vicerrectoría de Investigación de la Universidad, quienes trabajan actualmente con los proyectos DUNE y NOvA en alianza con Fermilab, con el firme propósito de formar científicos de nivel mundial en los campos de la física de partículas y de la inteligencia artificial aplicada en análisis de big data.
Los resultados publicados en Nature reafirman el compromiso de la Universidad del Magdalena, a través de su plan de gobierno 2024-2028 “Más Inclusión, más Innovación y más Compromiso”, del rector Pablo Vera Salazar, con la investigación científica y con la apropiación del conocimiento en áreas como la física de partículas y el análisis de datos con base en algoritmos de inteligencia artificial.
