El Observatorio Jiangmen Underground Neutrino (Juno) completó con éxito el llenado de su detector de centelleador líquido de 20,000 toneladas y comenzó a tomar datos el martes.
Después de más de una década de preparación y construcción, Juno es la primera de una nueva generación de experimentos de neutrinos muy grandes para llegar a esta etapa.
Las ejecuciones iniciales de prueba muestran que los indicadores clave de rendimiento de Juno cumplieron o excedieron las expectativas de diseño. Esto permite al Observatorio abordar una de las principales preguntas abiertas de esta década en física de partículas: el orden de las masas de neutrinos, si el tercer estado de masa (ν₃) es más pesado que el segundo (ν₂).
«Completar el llenado del detector de Juno y comenzar los datos que toman marca un hito histórico», dijo el profesor Wang Yifang, investigador del Instituto de Física de Alta Energía (IHEP) de la Academia de Ciencias de China y el portavoz de Juno. «Por primera vez, tenemos en funcionamiento un detector de esta escala y precisión dedicada a los neutrinos. Juno nos permitirá responder preguntas fundamentales sobre la naturaleza de la materia y el universo».
Ubicada a 700 metros bajo tierra cerca de la ciudad de Jiangmen en la provincia de Guangdong del sur de China, Juno detecta antineutrinos producidos a 53 kilómetros de distancia por las centrales nucleares de Taishan y Yangjiang. Mide su energía con precisión récord.
A diferencia de otros enfoques, la determinación de Juno del orden de masa no se ve afectada por las propiedades de la Tierra, lo que permite un resultado más claro y preciso. Juno también mejorará significativamente la precisión de varios parámetros de neutrinos clave y permitirá estudios de vanguardia de neutrinos del sol, supernovas, la atmósfera y la tierra. También abrirá nuevas ventanas para explorar la física desconocida, incluidas las búsquedas de neutrinos estériles y descomposición de protones.
Propuesta en 2008 y aprobada por la Academia de Ciencias de China y la Provincia de Guangdong en 2013, Juno comenzó la construcción subterránea en 2015. La instalación del detector comenzó en diciembre de 2021 y se completó en diciembre de 2024, seguida de un proceso de llenado por etapas. En 45 días, el equipo llenó 60,000 toneladas de agua ultracura, manteniendo la diferencia a nivel líquido entre las esferas acrílicas internas y externas dentro de los centímetros. Mantuvieron una incertidumbre de la tasa de flujo por debajo del 0.5 por ciento, salvaguardando la integridad estructural.
Durante los siguientes seis meses, se llenaron 20,000 toneladas de centelleador líquido en la esfera acrílica de 35,4 metros de diámetro, desplazando el agua. A lo largo del proceso, el equipo cumplió con los estrictos requisitos para la ultra alta pureza, la transparencia óptica y la radiactividad extremadamente baja. Paralelamente, la colaboración realizó la depuración del detector, la puesta en marcha y la optimización, lo que permite una transición perfecta a operaciones completas al finalizar el llenado.
En el corazón de Juno hay un detector central del escintilador líquido con una masa efectiva de 20,000 toneladas sin precedentes de 20,000 toneladas, alojada en el centro de una piscina de agua profunda de 44 metros. Una armadura de acero inoxidable es compatible con la esfera acrílica de 35.4 metros, el centelleador, un total de 45,000 tubos fotomultiplicadores (PMT), electrones de front -end, cableado, bobinas de compensación antimagnética y paneles ópticos. Estos PMT funcionan simultáneamente para capturar la luz de centelleo de las interacciones de neutrinos y convertirla en señales eléctricas.
«Building Juno ha sido un viaje de desafíos extraordinarios. Exigió no solo nuevas ideas y tecnologías, sino también años de planificación, pruebas y perseverancia cuidadosa. Cumplir con los estrictos requisitos de pureza, estabilidad y seguridad requerían la dedicación de cientos de ingenieros y técnicos.
Juno es alojado por el IHEP e involucra a más de 700 investigadores de 74 instituciones en 17 países y regiones. «The landmark achievement that we announce today is also a result of international cooperation ensured by many research groups outside China, bringing to JUNO their expertise from previous liquid scintillator set-ups. The worldwide liquid scintillator community has pushed the technology to its ultimate frontier, opening the path towards the ambitious physics goals of the experiment,» said Gioacchino Ranucci, deputy spokesperson of JUNO and a professor at the University of Milano e Infn-Milano.
Juno está diseñado para una vida científica de hasta 30 años, con una ruta de actualización creíble hacia una búsqueda líder en el mundo de la descomposición de doble beta de neutrinolres. Dicha actualización sondearía la escala de masa de neutrinos absoluto y la prueba si los neutrinos son partículas de Majorana, que abordan preguntas fundamentales que abarcan física de partículas, astrofísica y cosmología, y moldean profundamente nuestra comprensión del universo.
