Megaproyectos
Observatorio JUNO: Desvelando los Secretos de la Masa de los Neutrinos
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Capturando un Vistazo de la Partícula Más Elusiva
La física fundamental siempre se ha apoyado en una combinación de teoría y experimentos para ampliar nuestra comprensión del Universo.
Hasta hoy, una de las preguntas más difíciles de responder se refiere a la naturaleza fundamental de la gravedad y de las fuerzas que rigen el Universo. Desde hace tiempo se considera que la respuesta probablemente se encuentre en una partícula esquiva y casi imposible de estudiar: el neutrino.
Pronto podría lograrse una comprensión más profunda de la naturaleza de los neutrinos gracias a un megaproyecto chino: JUNO, el Observatorio Subterráneo de Neutrinos de Jiangmen.
Se trata de una instalación enorme, fruto de años de trabajo y de una amplia cooperación internacional.
Debería complementar los resultados del Experimento de Neutrinos Subterráneo Profundo (DUNE), un detector estadounidense que mide neutrinos a través de 800 millas de la Tierra; el enlace ofrece una explicación completa de este megaproyecto.
Fuente: DUNE
¿Qué son los Neutrinos?
Los neutrinos son partículas eléctricamente neutras con una masa extremadamente pequeña, tan reducida que durante mucho tiempo se creyó que era nula.
Actualmente no sabemos por qué los neutrinos tienen masa, salvo que parece funcionar de manera distinta que en otras partículas.
Lo que hace únicos a los neutrinos es que son esencialmente partículas «fantasma» que apenas interactúan con otras formas de materia. Esto se debe a que solo participan en dos de las cuatro fuerzas fundamentales del Universo: la gravedad y la interacción débil.
Como la interacción débil tiene un alcance muy corto y la gravedad apenas afecta a neutrinos de masa tan baja, estas partículas suelen atravesar la materia sin interactuar ni perder velocidad. Por ello normalmente viajan casi a la velocidad de la luz.
Los neutrinos son partículas fundamentales que no pueden descomponerse en componentes menores y existen en tres variantes: neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tau. Para complicarlo aún más, parecen cambiar regularmente entre estas tres variantes.
La transición entre las tres variantes de neutrinos está vinculada con la masa de cada tipo y contiene respuestas sobre la naturaleza fundamental de la materia y del propio Universo.
También podría existir un 4o tipo de neutrino, el neutrino estéril, que interactuaría con la materia únicamente mediante la gravedad y sería aún más difícil de detectar que los demás.
La mayoría de los neutrinos se produce en reacciones nucleares, desde la fusión en las estrellas hasta la desintegración radiactiva en el centro de la Tierra. También se generan dentro de reactores nucleares artificiales, un hecho importante para el diseño de JUNO.
A pesar de ser tan esquivos, se cree que los neutrinos son las partículas más abundantes del Universo. Aproximadamente mil billones de neutrinos atraviesan nuestro cuerpo cada segundo.
(Puede obtener más información sobre los neutrinos en el sitio especializado «Todo sobre neutrinos», creado por Fermilab).
Objetivos de JUNO: determinar la jerarquía de los neutrinos
JUNO fue construido específicamente para responder la cuestión de la «jerarquía de masas de los neutrinos»: qué tipo de neutrino posee cada masa.
Fuente: Berkeley Lab
La respuesta sigue sin estar clara a pesar de que las masas de los neutrinos se han medido, porque en realidad se mide el «cuadrado de la masa» de las partículas. Como resultado, las matemáticas permiten dos soluciones para las observaciones: la jerarquía normal o la invertida.
«Esperamos descubrir cómo surgieron los leptones —los electrones y sus parientes— en los instantes posteriores al Big Bang, un proceso que podría explicar por qué existe más materia que antimateria en el Universo.
Responder preguntas tan fundamentales solo será posible si el valor del término denominado «ángulo de mezcla de neutrinos theta uno tres», escrito θ13, resulta ser mayor que cero.
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| Tipo de Jerarquía | Orden de Masa | Implicación |
|---|---|---|
| Jerarquía Normal | Más ligera = neutrino electrón; más pesada = neutrino tau | Apoya extensiones del modelo estándar |
| Jerarquía Invertida | Más ligera = neutrino tau; más pesada = neutrino electrón | Apunta a nueva física más allá del Modelo Estándar |
Diseño de JUNO
El Heredero del Experimento de Neutrinos de Reactor Daya Bay
El trabajo previo a JUNO se realizó en el Experimento de Neutrinos de Reactor de Daya Bay, desarrollado entonces en colaboración con el Departamento de Energía de Estados Unidos, cuando la cooperación científica con China era menos controvertida.
Fuente: Wikipedia
Tras el descubrimiento, premiado con el Nobel alrededor del año 2000, de la oscilación de neutrinos atmosféricos y solares, las instalaciones de Daya Bay descubrieron por primera vez en 2012 un nuevo modo de oscilación al medir con precisión el ángulo theta-13 antes mencionado, exactamente el objetivo para el que fueron diseñadas.
Este descubrimiento completó el marco teórico de la oscilación de neutrinos y orientó a los experimentos de nueva generación destinados a determinar su ordenamiento de masas.
Escogiendo la Ubicación Correcta
El detector de Daya Bay fue concebido para detectar los neutrinos producidos por las centrales nucleares de Daya Bay y Ling Ao.
Fuente: ResearchGate
Inicialmente, JUNO iba a construirse en un emplazamiento cercano. Sin embargo, la construcción de un tercer reactor, la central nuclear de Lufeng, habría alterado el experimento, que depende de mantener una distancia fija respecto de los reactores nucleares próximos.
Por ello se construyó en un lugar situado a 53 km (33 millas) tanto de la central nuclear de Yangjiang como de la de Taishan.
Fuente: ResearchGate
La distancia a las centrales nucleares es importante porque los neutrinos interactúan muy poco con la materia, pero aun así lo hacen.
La interacción con los electrones de los átomos de la Tierra a lo largo de suficientes kilómetros de roca afecta la oscilación entre los distintos tipos de neutrinos.
La mayor distancia, frente a los 2 km de las instalaciones de Daya Bay, ofrece más sensibilidad y capacidad para detectar la oscilación de neutrinos.
Sin embargo, también exige un blindaje muy superior y un detector mucho más grande para capturar una cantidad suficiente de neutrinos procedentes de los reactores.
Toda la instalación está enterrada a 700 metros de profundidad bajo una montaña para reducir la frecuencia de rayos cósmicos que interferirían con la detección de los neutrinos de las centrales nucleares cercanas.
Fuente: Global Times
Esta decisión de diseño redujo casi 100.000 veces el efecto de los rayos cósmicos, que de otro modo enturbiarían la señal de los neutrinos.
Propuesto en 2008 y aprobado por la Academia China de Ciencias y la provincia de Guangdong en 2013, JUNO inició su construcción subterránea en 2015.
La instalación del detector comenzó en diciembre de 2021 y terminó en diciembre de 2024.
JUNO cuenta con la ventaja de ser pionero y posee un diseño experimental único desde el punto de vista de la física.
Como proyecto internacional de colaboración dirigido por China, JUNO reforzará aún más la posición de liderazgo del país en este campo».
Una Piscina Escintilante Gigante
La estructura principal de JUNO se asemeja a una sandía sumergida en agua; la esfera completa forma el detector de neutrinos más grande y preciso del mundo.
Para detectar la interacción de la materia ordinaria con los neutrinos se utiliza un líquido centelleador. Cuando un neutrino lo golpea, la energía se convierte en luz.
Fuente: The European Physics Journal
La luz se captura y amplifica mediante tubos fotomultiplicadores (PMT) de 20 pulgadas y de 3 pulgadas, junto con cables, bobinas de blindaje magnético, deflectores de luz y otros componentes.
El detector central de centelleador líquido situado en el corazón de JUNO tiene una masa efectiva de 20.000 toneladas y se aloja en el centro de una piscina de agua de 44 metros de profundidad.
Fuente: Global Times
Una armadura de acero inoxidable de 41,1 metros de diámetro sostiene la esfera acrílica de 35,4 metros, el centelleador, 20.000 tubos fotomultiplicadores 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 funcionan simultáneamente para captar la luz de centelleo producida por las interacciones de neutrinos y convertirla en señales eléctricas.
Fuente: ResearchGate
Volúmenes Masivos
Desde diciembre de 2024, la piscina que rodea el sistema se llenó con agua ultrapura a un ritmo de 100 toneladas por hora.
En 45 días, el equipo introdujo 60.000 toneladas de agua ultrapura, mantuvo en unos pocos centímetros la diferencia de nivel entre el interior y el exterior de la esfera acrílica y limitó la incertidumbre del caudal a menos del 0,5%, protegiendo así la integridad estructural.
Fuente: IIHE
Este nivel de precisión y mantenimiento cuidadoso permitirá comparar las detecciones de neutrinos incluso cuando transcurran varios años entre un evento y otro.
En conjunto, se espera que toda la instalación funcione durante más de 30 años.
«No solo exigió nuevas ideas y tecnologías, sino también años de planificación minuciosa, pruebas y perseverancia. Cumplir los estrictos requisitos de pureza, estabilidad y seguridad requirió la dedicación de cientos de ingenieros y técnicos».
La piscina protege el detector de las interferencias causadas por los escasos rayos cósmicos que atraviesan la montaña y producen una señal parecida a la detección de neutrinos, así como de la radiactividad natural de la roca circundante.
La inyección de líquido se realizará en dos etapas. Durante los primeros dos meses, agua ultrapura llenará los espacios interior y exterior de la esfera acrílica del detector central.
Durante los seis meses siguientes, el agua ultrapura del interior de la esfera será reemplazada por un centelleador líquido.
JUNO completó con éxito el llenado de su detector de centelleador líquido de 20.000 toneladas y comenzó a recopilar datos el 26 de agosto de 2025.
Una Colaboración Internacional
JUNO fue construido por un gran equipo internacional de más de 700 miembros procedentes de 17 países y regiones. Incluso Estados Unidos participa en la colaboración mediante la Universidad de California, con siete personas, y la Universidad de Maryland, con dos; la mayoría de los demás socios internacionales son países europeos.
Los datos generados también se procesarán mediante recursos internacionales de investigación, con la participación del Instituto de Física de Altas Energías de China, el CNAF del Istituto Nazionale di Fisica Nucleare de Italia, el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear de Rusia y el Centre de Calcul de l’IN2P3 de Francia.
Primeros Resultados
El 24 de agosto se detectó la primera colisión de un neutrino con el líquido centelleador, demostrando que la instalación ya está preparada para producir datos científicos.
Fuente: EyesOnSci
Estos datos iniciales indican que JUNO está funcionando incluso mejor de lo previsto en cuanto a sensibilidad y precisión de las mediciones.
Aun así, harán falta varias semanas o meses para confirmar la primera medición concreta de la masa de los neutrinos y más tiempo para que la comunidad científica valide estos resultados iniciales.
Actualizaciones Futuras y Experimentos Globales de Neutrinos
Actualización para Detectar Antineutrinos
La primera tarea de JUNO es permitir que la humanidad conozca por primera vez la jerarquía real de masas de los neutrinos. Durante décadas, esta ha sido una pieza faltante del rompecabezas para comprender las partículas subatómicas y los fundamentos del Universo.
Con una respuesta y mediciones mucho más precisas que nunca, los físicos podrán utilizar las masas de los neutrinos para avanzar en otros campos de la física subatómica y cuántica.
Más adelante, la gran sensibilidad de JUNO debería permitir actualizar la instalación para resolver otra gran pregunta: ¿son los neutrinos sus propias antipartículas?
La mayoría de las partículas posee una antipartícula con características inversas, como la carga eléctrica y quizá la masa. Pero como los neutrinos son neutros y tienen poca masa, no está claro cuáles son exactamente las características de los antineutrinos.
Si finalmente permite detectar y medir una reacción llamada desintegración doble beta sin neutrinos, un proceso radiactivo que todavía es teórico, podría demostrar que los neutrinos son sus propias antipartículas, conocidas también como partículas de tipo Majorana o fermiones de Majorana.
Hyper-Kamiokande, DUNE y otros
Hyper-Kamiokande, o Hyper-K, es el sucesor de Super-Kamiokande, que en 1998 encontró la primera evidencia sólida de la oscilación entre tipos de neutrinos. Super-Kamiokande también fue decisivo para demostrar que los neutrinos tienen masa.
A diferencia de DUNE o JUNO, que construyen diseños completamente nuevos de experimentos con neutrinos, Hyper-K es más bien una actualización de tecnología existente. Esto probablemente le permitirá avanzar con mayor rapidez y comenzar a operar ya en 2027, aproximadamente al mismo tiempo que el proyecto estadounidense DUNE.
Esto podría ayudarle a realizar una estimación aproximada del desequilibrio entre neutrinos y antineutrinos.
DUNE, Hyper-K y JUNO son los proyectos de neutrinos que ya están en construcción. Otros siguen en fase conceptual, pero podrían ampliar aún más nuestra comprensión de la física de partículas.
Uno de ellos es Enhanced NeUtrino BEams from kaon Tagging (ENUBET), un proyecto europeo. Intentará detectar el leptón cargado que se crea cada vez que se produce un neutrino, lo que podría mejorar nuestra comprensión del desequilibrio entre materia y antimateria.
Otro proyecto es NuTag, que utiliza una técnica experimental novedosa: el etiquetado de neutrinos. Emplearía un nuevo tipo de línea de haz de neutrinos. El diseño ya se propuso en 1979, pero solo recientemente los detectores de silicio han logrado soportar la exposición directa a un haz de hadrones, lo que hace posible su construcción.
Conclusión
JUNO probablemente será un experimento científico muy importante para resolver por fin preguntas de física que llevan décadas sin respuesta y han frenado nuevos avances en la física teórica.
Aunque esto pueda parecer alejado de nuestras preocupaciones cotidianas, muchas tecnologías de vanguardia necesitan una mejor comprensión de los neutrinos para seguir progresando.
Por ejemplo, un chip de computación cuántica construido recientemente por Microsoft, Majorana-1 (MSFT ), creó literalmente un nuevo estado de la materia, los topoconductores, utilizando partículas de Majorana, precisamente el tipo de partícula que JUNO podría ayudar a comprender mejor.
Por ello, los proyectos científicos internacionales avanzados como JUNO establecen los bloques fundamentales que más tarde se convierten en innovaciones revolucionarias.
Invertir en Neutrinos & Innovadores de Partículas Majorana
Microsoft
MSFT Gráfico de precios
Microsoft es una de las mayores empresas tecnológicas del mundo. Posee una posición casi monopolística en sistemas operativos y una presencia muy fuerte en software empresarial mediante Office 365, la nube Azure, la red social LinkedIn, los videojuegos —Xbox y muchos de los mayores estudios del mundo—, la publicidad y las herramientas de programación como GitHub.
La empresa también participa activamente en la inteligencia artificial, especialmente mediante el despliegue de Copilot en todos sus productos. Al principio, sus esfuerzos de IA se desarrollaron en colaboración con OpenAI, pero ahora Microsoft avanza de forma más independiente.
Fuente: Microsoft
Microsoft también está activa en computación cuántica, como demostró con el sorprendente anuncio del chip Majorana-1. Cuando estos dispositivos se enfrían cerca del cero absoluto y se ajustan mediante campos magnéticos, forman nanocables superconductores topológicos que contienen los llamados modos cero de Majorana (MZM) en sus extremos.
Fuente: Microsoft
(Puede leer más sobre todas las actividades y oportunidades de Microsoft en nuestro informe de inversión dedicado a la empresa).
Neutrino Energy
Aunque posee muchas aplicaciones futuras potenciales, la ciencia de los neutrinos parece todavía lejos de utilizarse regularmente con fines comerciales. Esto podría cambiar, según la ambiciosa empresa privada alemana Neutrino Energy.
La empresa investiga el concepto novedoso de la neutrinovoltaica, es decir, generar electricidad a partir del flujo constante de neutrinos que nos rodea. El sistema utiliza una capa de grafeno, un material bidimensional de carbono (siga el enlace para una explicación completa de materiales 2D como el grafeno o el goldeno).
El método busca convertir en electricidad utilizable el movimiento constante de los átomos de grafeno, influido por la radiación circundante y por partículas como los neutrinos. Aunque resulta prometedor en teoría, el proceso no está demostrado y sigue siendo muy experimental. Un fenómeno similar ocurre en el grafeno, donde los neutrinos «empujan» los núcleos atómicos, como sucede con los átomos de argón en el detector DUNE.
La empresa ha anunciado un primer prototipo próximo, llamado Powercube, que supuestamente demostrará la tecnología desarrollada con ayuda de la inteligencia artificial.
La compañía también trabaja con el Centre for Materials for Electronics Technology (CMET) de India con el objetivo de «crear un vehículo eléctrico de recarga automática impulsado por tecnología neutrinovoltaica».
Es difícil saber qué tan cerca está el concepto de una posible comercialización, pues por ahora parece ser solo eso: un concepto, con poca información sobre la potencia posible o su viabilidad económica. Sin embargo, es sin duda lo más parecido a una «empresa de neutrinos» disponible actualmente en el mercado.
