Los físicos han desarrollado una cámara completamente nueva para detectar neutrinos y materia oscura

Nueva forma de registrar partículas elementales: de detectores voluminosos a una sola cámara

Un grupo internacional de científicos liderado por físicos suizos ha presentado un método revolucionario para detectar neutrinos y materia oscura. En lugar de los habituales sistemas masivos divididos en miles de segmentos, utilizaron una única cámara de campo luminoso combinada con un detector fotónico de alta sensibilidad. Este enfoque hace que el detector sea simple y económico, lo que podría acelerar la búsqueda de las partículas más evasivas.

Detectores neutrinos tradicionales
Las instalaciones modernas para registrar rastros de desintegración de neutrinos son enormes volúmenes de líquido ultra puro permeado por fotodetectores (fotomultiplicadores). Los neutrinos no interactúan directamente con la materia debido a su falta de carga y masa pequeña, por lo que sus “rastros” solo se ven después de la desintegración de átomos en el líquido. Tales detectores pueden ser artificiales (por ejemplo, en grandes tanques) o naturales – como en Baikal, la Antártida o el fondo del mar Mediterráneo. En ambos casos, el volumen se divide en sectores, lo que lleva al uso de decenas de miles de sensores.

Soluciones compactas y sus limitaciones
Para experimentos de laboratorio se pueden usar detectores más compactos, pero aún conservan la estructura sectorial y una red de fibra óptica de decenas de miles de canales. Tal densidad permite registrar trayectorias subatómicas con precisión de centésimas de milímetro en poco tiempo. Un neutrino colisiona con un átomo, rompiéndolo en partículas más pequeñas; los rastros de estas fracturas recrean al “culpable” del evento.

Nueva tecnología PLATON
Los científicos de ETH Zurich y EPFL desarrollaron el sensor PLATON, que no requiere segmentación del material cintilador. Dentro de un solo volumen se crean rastros de desintegración de neutrinos, que luego se registran con fotones. Una cámara reemplaza a miles de sensores, manteniendo e incluso mejorando la capacidad de resolución.

La cámara PLATON utiliza una matriz de micro lentes que captura no solo la intensidad de la luz sino también su dirección. Esto permite reconstruir la trayectoria tridimensional de la partícula sin segmentación física del detector. Las pruebas con una fuente de estroncio‑90 (electrones) confirmaron la eficacia del método.

Resolución y escalado
La simulación muestra que para un cintilador de 10 × 10 × 10 cm, el sistema alcanza una resolución de pista inferior a 1 mm. Al escalarlo a un metro cúbico (tamaño estándar de experimentos neutrinos), la precisión permanece dentro de unos pocos milímetros – comparable con los mejores análogos mundiales, pero con una complejidad de montaje significativamente menor.

Un papel clave en el procesamiento de imágenes es una red neuronal basada en la arquitectura Transformer, que extrae eficazmente señales útiles del “ruido” de fotones cintiladores.

Perspectivas de aplicación
Los desarrolladores ya han presentado tres patentes para usar la tecnología PLATON en tomografía por emisión de positrones (PET). El equipo espera que las mejoras futuras en el diseño permitan alcanzar una resolución submilimétrica para detectores de más de un metro cúbico, abriendo nuevas posibilidades tanto en la búsqueda de materia oscura como en aplicaciones médicas.