Astrónomos proponen construir un detector de neutrinos del Océano Pacífico
Los neutrinos son una de las partículas más escurridizas del cosmos, solo superadas por las partículas ultramisteriosas. materia negra. Se fabrican en cantidades considerables: participan en la fuerza nuclear débil y son responsables de la fusión y descomposición nuclear. Entonces, cada vez que sucede algo nuclear, los neutrinos están involucrados.
Por ejemplo, el núcleo del sol es una reacción de fusión nuclear gigante, por lo que naturalmente produce bastantes neutrinos. Si levantas el pulgar sol, alrededor de 60 mil millones de neutrinos pasarán a través de su viñeta cada segundo, según estudios previos.
Relacionado: ¿Dónde se han ido todos los bariones?
Pero los neutrinos interactúan tan raramente con la materia que, a pesar de que billones de ellos pasan a través de su cuerpo cada segundo, en su vida, la cantidad total de neutrinos que realmente golpearán su cuerpo es aproximadamente… uno.
Los neutrinos son tan fantasmales y efervescentes que durante décadas los físicos asumieron que estas partículas no tenían masa y viajaban a través del universo a velocidad de la luz. Pero después de que comenzaron a acumularse montañas de evidencia, los científicos descubrieron que los neutrinos tenían una masa diminuta.
La cantidad exacta de masa es un tema de investigación científica activa. Hay tres tipos de neutrinos: el neutrino electrónico, el neutrino muónico y el neutrino tau. Cada uno de estos «sabores» participa en diferentes tipos de reacciones nucleares y, frustrantemente, los tres tipos de neutrinos tienen la extraña habilidad de cambiar de una identidad a otra mientras viajan. Entonces, incluso si logra ver un neutrino y determinar su tipo, solo sabe una fracción de lo que le gustaría saber.
Susurros en el agua
La masa de los neutrinos no tiene explicación en el modelo estandar de la física de partículas, nuestra teoría actual y lo mejor de las interacciones fundamentales. Entonces, a los físicos les gustaría hacer dos cosas: medir las masas de los tres sabores de neutrinos y comprender de dónde provienen esas masas. Esto significa que tienen que hacer muchos experimentos.
La mayoría de los detectores de neutrinos son bastante sencillos: configuras un dispositivo para generar una cantidad ridícula de bichos en un laboratorio, o construyes una matriz gigantesca para capturar algunos que vienen de la Tierra.
Estas experiencias han hecho un gran progreso y se han hecho más grandes con cada generación. El experimento Kamiokande en Japón, por ejemplo, detectó neutrinos del famoso supernova 1987A. Pero necesitaban un tanque de más de 50.000 toneladas de agua para hacerlo.
En los últimos años, la Observatorio de neutrinos IceCube en la Antártida ha aumentado las apuestas. Este observatorio consta de un kilómetro cúbico sólido (0,24 millas cúbicas) de hielo en el Polo Sur, con docenas de hilos de receptores del tamaño de la Torre Eiffel colocados un kilómetro (0,6 millas) en el área. Después de una década de trabajo, IceCube ha descubrió algunos de los neutrinos más energéticos alguna vez y dio tímidos pasos hacia la búsqueda de sus orígenes. (Pista: esto implica procesos de muy alta energía en el universo, como los blazares).
¿Por qué Kamiokande y IceCube consumen tanta agua? Una gran cantidad de casi cualquier cosa puede servir como detector de neutrinos, pero el agua pura es ideal. Cuando uno de los trillones de neutrinos que pasan golpea una molécula de agua al azar, emite un breve destello de luz. Los observatorios contienen cientos de fotorreceptores, y la pureza del agua permite que estos detectores determinen con mucha precisión la dirección, el ángulo y la intensidad del destello. (Si el agua contenía impurezas, sería difícil reconstruir el origen del destello en el volumen).
A partir de ahí, pueden reconstruir la dirección original del neutrino entrante y aprovechar su energía.
Relacionado: Una simulación masiva del universo investiga el misterio de los neutrinos fantasmales
El gran parche de neutrinos del Pacífico
Esto está bien para los neutrinos normales de todos los días. Pero los neutrinos más energéticos son extraordinariamente raros. Sin embargo, estos neutrinos extremadamente raros también son los más emocionantes e interesantes, ya que solo pueden ser causados por los eventos más poderosos del planeta. el universo.
Desafortunadamente, toda la potencia de IceCube, después de una década de observación, solo pudo capturar un puñado de estos neutrinos ultrapoderosos.
Así que vamos a necesitar un barco más grande… Quiero decir, un detector.
Esta es la idea detrás del Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE), una nueva propuesta descrita en un artículo publicado en el servidor de preimpresión arXiv en noviembre: convertir una franja masiva del Océano Pacífico en el detector de neutrinos de la naturaleza.
Nuevamente, el concepto es sorprendentemente simple: encuentre una parte apartada y adecuada del Pacífico. Bastante fácil. Construya cadenas largas de fotodetectores, y me refiero a largas, de al menos un kilómetro de largo. Hunde estas hebras en el fondo del océano, preferiblemente a una profundidad de más de una milla (2 km). Póngales flotadores para que se mantengan erguidos en el agua, como algas mecánicas gigantes.
El diseño de P-ONE actualmente incluye siete grupos de 10 cuerdas, cada una de las cuales aloja 20 elementos ópticos. Eso es un gran total de 1400 fotosensores flotando alrededor de un área del Pacífico de varias millas de ancho, brindando mucha más cobertura que IceCube.
Una vez que esté en funcionamiento, solo tienes que esperar. Incluso los neutrinos golpearán el agua del océano y emitirán un pequeño destello, y los detectores lo seguirán.
Por supuesto, es más difícil de lo que parece. Las hebras se moverán constantemente, ondulando de un lado a otro con el océano mismo. Y el Océano Pacífico está… lejos de ser puro, con sal, plancton y todo tipo de excrementos de peces flotando. Esto cambiará el comportamiento de la luz entre los hilos, lo que dificultará la medición precisa.
Esto significa que el experimento requerirá una calibración constante para ajustar todas estas variables y rastrear neutrinos de manera confiable. Sin embargo, el equipo detrás de P-ONE está en el caso y ya está planeando crear una demostración doble más pequeña como prueba de concepto.
Y luego, podemos ir a la caza de neutrinos.
Síganos en Twitter @espaciopuntocom y sobre Facebook.
Paul M Sutter es astrofísico en SUNY Stony Brook y el Instituto Flatiron, anfitrión de «pregúntale a un astronauta» y «radio espacial», y autor de «como morir en el espacio.” Sutter contribuyó con este artículo a Voces de expertos de Space.com: artículo de opinión e información.
