Aquest és l'inici d'una desintegració beta.

Què hi passa finalment?

Un neutró inicial, es desintegra produint un protó, un electró i un antineutrí.

Les càrregues elèctriques (C al vídeo) es compensen: el neutró és neutre així que la suma dels productes també: neutrí en 0, protó és +1 i l’electró és  -1. Els altres nombres són el nombre bariònic (B) que ens diu si tenim protons i neutrons, i el numero leptònic (L) que és zero per als protons i neutrons i 1 per a l’electró i el neutrí i -1 per a l’antielectró i l’antineutrí.

Pots mirar aquest vídeo per a veure la desintegració beta! 

Fotografia de les restes de la Supernova 1987A presa pel telescopi espacial Hubble.

Fotografia d’una zona de la Gran Nube de Magallanes, abans i després de l’explosió de la Supernova 1987A. Com es pot apreciar, la Supernova és visible a simple vista.

Estic volant sobre Sibèria. La major part del vol s’esdevé sobre la gelada sibèria i si el temps acompanya, la visió és sobreacollidora! 

Aquesta imatge és una oscil·lació de neutrins (els neutrins canvien de naturalesa!). I què vol dir això?

Els neutrins, com totes les partícules, es propaguen en l’espai com una ona. Aquest és un dels aspectes més cridaners de l’anomenada mecànica quàntica i que, a vegades, es defineix com “dualitat ona-partícula”. O sigui, totes les ones són partícules i totes les partícules es comporten com a ones.

Ja sabem que els neutrins són 3 i que tenen massa. Però, el més curiós és que els tres tipus de neutrins que hi ha (electró, muó i tau) no es corresponen amb masses concretes dels neutrins. O sigui, que un neutrí de tipus electró és una barreja de neutrins de masses distintes, i viceversa, un neutrí d’una massa en concret és una barreja de neutrins de diferents tipus. De nou, això  és una propietat que ve de la mecànica quàntica.

Doncs si ara ja sabem això, quan produïm un neutrí de tipus muó, estem produint una proporció de neutrins de diferents masses. Com que tenen massa distinta, viatgen  a velocitats diferents i, per tant, les ones es desplacen amb distintes velocitats. Això ens duu al fenomen de la interferència que, com a les ones normals, canvien el patró de l’ona. En aquest moment, el neutrí (l’ona) ja no és com l’original (o sigui, el muó) i pot interaccionar com a neutrí electró o tau (o sigui, els hi ha canviat el patró de l’ona!). 

Si vols descobrir els neutrins, clica aquí!

Esquema de funcionament d'un fotomultiplicador. 

Aquests sensors de llum són unes ampolles de vidre bufat, fetes a mà, de manera artesanal. A l'interior, s'hi ha fet el buit i s'ha inclòs una cascada de làmines de metall que permeten l'amplificació dels electrons per tal de produir un corrent elèctric.

Imatge d'un detector que permet amplificar el número d'electrons produïts en la ionització del gas. El color daurat és degut al coure que recobreix les superfícies; el verd és fibra de vidre, un material comú en les plaques electròniques d'ús corrent.

A la fotografia veiem a en Federico Sánchez en el procés de construcció de l'amplificador dels electrons produïts en la ionització del gas. El procés de construcció és molt delicat i necessita ambients molt nets.

Sistema complet de caracterització de mòduls MicroMegas. El detector està al centre, la columna de l'esquerra és el sistema de control del gas que circula pel detector. la columna de la dreta soporta part de les fonts de voltatge necessàries per a l'operació.

Tota la informació s'emmagatzema en un ordinador (un PC com el que hi ha a les cases!).

Fotografia del detector emprat al CERN per tal de caracteritzar els mòduls de lectura de la TPC. La caixa verda conté el gas, l'estructura d'alumini soporta l'electrònica de lectura que tapa el mòdul MicroMega que s'està provant.

La font radiactiva es mouamb un motor pas a pas: vegeu la columna negra del fons. Al final, tota la informació es transmet per una fibra òptica que apareix a la part inferior dreta de la placa d'alumini.

Fotografia de la col·laboració de l'experiment T2K presa al laboratori japonès KEK.

Els sensors de llum són unes ampolles de vidre bufat, fetes a mà, de manera artesanal. A l'interior, s'hi ha fet el buit i s'ha inclòs una cascada de làmines de metall que permeten l'amplificació dels electrons per tal de produir un corrent elèctric.

La muntanya que envolta el Superkamiokande elimina la pràctica totalitat de les partícules, excepte els neutrins!

Aquests travessen el detector en quantitats immenses, només uns pocs interaccionen amb l’aigua amb l’aparició de partícules carregades. Aquestes partícules produeixen uns anells de llum blava que són detectats pels sensors de llum.

Aquests detectors de llum s’anomenen fotomultiplicadors i transformen el fotó (quanta de llum) en un electró que és amplificat fins a 1 milió de vegades. Això produeix un petit corrent elèctric que es mesura amb una electrònica adequada.

Els senyals dels detectors de llum es digitalitza a l'interior de la mina però, de seguida, és enviada a les oficines de l'exterior. Estan situades al petit poblet de Mozumi, on són processades i es posen al servei dels científics per tal de ser analitzades.

El detector ha de ser vigilat constantment. o sigui, que els científics organitzen guàrdies contínues, reemplaçant-se cada 8 hores. Les guàrdies diàries es realitzen a l'interior de la mina i les nocturnes a l'exterior, per raons de seguretat.

Superkamiokande és una de les majors cavitats subterrànies construïdes pels humans. L'obra d'enginyeria va aprofitar les infraestructures existents a la mina per tal de poder realitzar l'excavació.

La gran massa de roca de la muntanya que protegeix el Superkamiokande de la radiació còsmica que colpeja contínuament l'atmosfera, de manera que es pugui treballar en un ambient de soroll baix.

L'operació del detector sota terra no és una tasca gens fàcil. L'aigua s'ha de mantenir molt pura per a poder detectar els neutrins de més baixa energia procedents del Sol.

Interior del volum de la TPC al CERN. S'hi pot observar l'estructura interna de fils que permeten l'aplicació d'un voltatge uniforme.

Aquesta caixa està reciclada d'un experiment anterior, que a la vegada, va reciclar l'imà d'un altre experiment anterior.

Aquí el reciclatge és una tasca normal en la construcció de prototipus, Així es minimitza la feina que s'ha de duu a terme i el número d'elements nous que s'han de provar.

Exterior del volum de la TPC al CERN, una vegada que s'ha extret de dins de l'imà durant la instal·lació del prototipus al CERN ajudat per membres de la Universitat de Ginebra, amb els quals tenim una estreta col·laboració.

Això no és un esquema...és un succés real!

Aquest succés s'ha produït en aquest prototipus!

Vol dir que no és pas una simulació sinó que dos muons (llegiu el missatge 2 sobre les partícules elementals! ) varen creuar el detector i els varem mesurar. Els punts representen la ionització produïda pels dos muons al creuar el volum del detector.

Fotografia d'un prototipus de TPC construit a Ginebra. El cilindre verd és un imà mentre que el cilindre d'alumini és el volum que conté el gas. Al centre mateix es pot veure l'electrònica de lectura.

Imatge de l'interior del prototipus del detector del tipus TPC que està essent dissenyat a l'IFAE.

Aquesta imatge mostra l'estructura (que està destacada en color verd) que permet aplicar alts voltatges (uns 20.000 volts: recordeu que a casa només teniu 220 volts!) i permet que el voltatge sigui uniforme dins el detector.

Imatge exterior del prototipus del detector del tipus TPC que està essent dissenyat a l'IFAE i que haurà de suportar una pressió de 10 atmosferes en l'interior.

En aquestes imatges es mostra el funcionament d'un detector del tipus TPC. Unes partícules amb càrrega elèctrica entren per dalt del detector ionitzant el medi (ions, marcats amb color blau i electrons, marcats amb color verd). La presència d'un fort voltatge elèctric separa les càrregues negatives i positives, mentre les arrossega als extrems del detector on són mesurades.

Fotografia d'un imant en un aparcament del laboratori CERN a Ginebra. L'imant va ser emprat en dos experiments anteriors i ara l'estem reciclant per tal d'enviar-lo al Japó i utilitzar-lo en el nou detector ND280.

Les simulacions del detector mostren les trajectòries de les partícules dins el detector i així els científics poden optimitzar els dissenys.

Voleu saber què és un imant?

Ja has fet la Sopa de Lletres?

Experimenta i descobreix les PARTÍCULES ELEMENTALS !

Els anells del neutrí muó o electró són diferents !

L'electró és molt lleuger i es mou per l'aigua traçant un camí erràtic. Mentre el muó és més pesat i la seva trajectòria és més recta.

O sigui, que l'anell que es forma és distint: en els muons el marge del cercle està molt ben definit perquè l'eix del conus no ha canviat. Mentre que en el cas de l'electró, el marge és difós (com si estès desdibuixat).

La llum Cherenkov és la que emeten les partícules que viatgen molt ràpid en un medi material: això és molt similar a quan els avions supersònics trenquen la barrera del so. La llum Cherenkov s'emet en un conus al voltant de la direcció d'avançament d'una partícula. Aquest conus es detecta en la superfície externa del detector en la qual es formen imatges que són cercles o anells.

Els anells del neutrí muó o electró són diferents.

L'electró és molt lleuger i es mou per l'aigua traçant un camí erràtic. Mentre el muó és més pesat i la seva trajectòria és més recta.

O sigui, que l'anell que es forma és distint: en els muons el marge del cercle està molt ben definit perquè l'eix del conus no ha canviat. Mentre que en el cas de l'electró, el marge és difós (com si estès desdibuixat).

Has esbrinat ja l'ENIGMA?

El leptó més conegut per tothom és l'electró, i també té acompanyants més pesats: el muó i el tau, cadascun d'ells formant una família.

Les 3 famílies de leptons tenen dos components. L'acompanyant de l'electró és el neutrí electró; el del muó és el neutrí muó; i el del tau és el neutrí-tau.

El neutrí és una partícula que no té càrrega elèctrica i que és, actualment, la partícula amb massa més lleugera que es coneix. Hi ha partícules, però, que no tenen massa, tal com el fotó.

Els protons i els neutrons, que hi ha al nucli dels àtoms, estan constituïts internament per 3 partícules que s'anomenen quarks.

Els quarks són partícules elementals que tenen una càrrega que és una fracció de la dels electrons (un terç i dos terços). A la naturalesa hi ha 6 tipus de quarks anomenats: dalt, baix, encant, estranyesa, fons i cim.

A més, s'agrupen en 3 famílies que tenen un tipus de quark cadascuna d'elles: dalt-baix, encant-estranyesa i fons-cim. Les famílies de quarks es distingeixen només per les seves masses.

Observació d'un neutrí mitjançant un detector de neutrins. El neutrí invisible (marcat amb una fletxa verda) col·lisiona amb un protó de la matèria on s'originen 3 traces. El neutrí es converteix durant la col·lisió en un muó (fletxa blava) i en dues altres partícules (fletxes vermelles) que són un protó (tal com el nucli d'hidrogen) i un pió carregat (que és l'agregació de 2 quarks).

Per tal de poder arribar a observar-lo han passat per la cambra de l'ordre de 10^15 (mil bilions) de neutrins sense interaccionar!

La matèria, tal i com la coneixem avui dia, està composta internament per àtoms. Però els àtoms no són els components més petits de la matèria sinó que estan composats per electrons que giren al voltant d'un nucli central. El nucli també té una estructura interna: està composat de protons i neutrons.

Investigacions posteriors varen demostrar que els protons i els neutrons tenen també una estructura interna, és a dir no són partícules fonamentals sinó que estan formats per tres quarks.

Fotografia d'un fotomultiplicador de l'experiment SuperKamiokande. Aquest és un detector que permet la conversió de llum (fotons) a un corrent elèctric que es pugui mesurar amb aparells electrònics.

Vista interior del detector de neutrins Superkamiokande al Japó. Es tracta d'un tanc de 50 milions de litres d'aigua amb detectors de llum adossats a les parets. I a més, es troba a una mina del Japó a una profunditat d'1 Km sota una muntanya!