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En el detector MicroBooNE se midió por primera vez con qué precisión distingue señales de partículas con una energía de solo una vez y media la masa del electrón.
Una cámara del tamaño de una camioneta pequeña está llena de argón líquido a una temperatura de menos 186 grados. Cuando una partícula entra volando, arranca electrones de los átomos de argón, y estos derivan hacia las paredes, dibujando una imagen tridimensional del evento. Así funciona la cámara de proyección temporal de argón líquido, la herramienta principal de los modernos observatorios de neutrinos.
En el experimento MicroBooNE, esta cámara se probó por primera vez a energías de alrededor de un megaelectrónvoltio y medio, aproximadamente una vez y media la energía contenida en la masa en reposo del electrón. La fuente de señal fueron rayos gamma con una energía de 2,614 MeV provenientes del decaimiento del isótopotorio-208. Al entrar en el argón, uno de estos rayos a veces se convierte en un par electrón-positrón, y toda la energía del cuanto gamma se reparte entre ellos. El detector registra sus trazas, y luego algoritmos especiales reconstruyen la energía original.
La precisión de la reconstrucción fue de (7,52 ± 0,78 estad. ± 0,92 sist.)%. Es como si midieras una carrera de cien metros con un error de siete metros y medio: algo tosco para una pista de atletismo, pero bastante decente para el mundo de las partículas elementales.
El resultado coincidió con la predicción de la simulación (9,70 ± 0,65)% dentro de 1,6 desviaciones estándar; en otras palabras, la discrepancia no sale del marco de las fluctuaciones estadísticas. Lo más importante aquí es el hecho mismo de que se haya podido realizar semejante medición. Antes nadie sabía con qué precisión los detectores de argón líquido distinguen la energía en el rango de unos pocos MeV, y ahora los físicos tienen un punto de referencia fiable y un método de calibración con fuentes gamma monoenergéticas.
Es como afinar un instrumento musical con un diapasón: el tono puro del decaimiento del torio-208 permite comprobar si el detector desafina y, si es necesario, ajustar los algoritmos de reconstrucción. En el futuro, estas calibraciones ayudarán a capturar los escurridizos neutrinos de supernovas o incluso del Sol, cuyas energías se encuentran precisamente en el rango de los MeV.
El argón líquido en el detector es tan puro que un electrón libre puede derivar varios metros sin adherirse a ningún átomo de impureza, algo así como si nadaras un kilómetro en agua absolutamente transparente sin encontrar ni una mota de polvo.
En la novela «Luz fantasma» de Peter Watts, las sondas extraterrestres se comunican mediante haces de neutrinos modulados, una tecnología para la cual los detectores precisos de baja energía serían indispensables.
