Científicos proponen construir un gigantesco detector de neutrinos… en medio del Océano Pacífico

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Científicos proponen construir un gigantesco detector de neutrinos… en medio del Océano Pacífico

Ilustración de un neutrino interactuando con el hielo antártico generando un muón en el proceso. / Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube

El Océano Pacífico no solo es el hogar de gigantescas explosiones volcánicas, también podría albergar un enorme detector de neutrinos, según una propuesta. El proyecto, denominado Experimento de neutrinos del Océano Pacífico (P-ONE) abarcaría varios kilómetros para encontrar los neutrinos más energéticos del universo.

El equipo explica su propuesta en un estudio publicado en el sitio de preimpresión arXiv. Los científicos sugieren encontrar una parte muy aislada del océano, construir “hilos” de fotodetectores y hundirlos a una profundidad de más de 2 kilómetros en el fondo del mar. Para ello, flotadores colgarían como algas gigantes.

El observatorio tendría 7 grupos de 10 cuerdas, cada uno con 20 elementos ópticos. Como resultado, 1.400 fotodetectores estarían distribuidos en un área grande, suficiente para proporcionar mucha más cobertura que el Observatorio de Neutrinos IceCube de la Antártida.

Neutrinos

Los físicos conocen a los neutrinos como las “partículas fantasma” ya que, al apenas interactuar con la materia, son muy difíciles de detectar. Esto significa que donde quiera que vaya, no dejará ninguna “huella”.

En este mismo momento, miles de neutrinos emitidos por el Sol atraviesan tu cuerpo y ni siquiera te das cuenta. Durante nuestra vida, probablemente solo unas pocas docenas, para ser optimistas, interactuarán con nuestras moléculas, haciéndolas reaccionar de manera inofensiva.

Estas raras interacciones son la única forma de detectar un neutrino y descubrir algo al respecto. Pueden ocurrir en cualquier tipo de material, pero los científicos prefieren usar agua pura en los detectores, porque así los datos obtenidos por los sensores estarán libres de interferencias.

El IceCube, por ejemplo, consiste en un kilómetro cúbico de hielo en el Polo Sur, con docenas de cables receptores hundidos bajo la superficie. Cuando algún neutrino reacciona con las moléculas de agua en el hielo, puede crear partículas como electrones, muones o taus. Estos a su vez emiten un tipo de energía llamada radiación Cherenkov.

La radiación de Cherenkov surge cada vez que una partícula cargada viaja a través de un medio más rápido que la velocidad de la luz. Esto es lo que los científicos intentan observar en el detector. Cuando se emite radiación, los cientos de fotodetectores leen los datos.

Gracias a la pureza del agua de los detectores, es posible señalar con mucha precisión la dirección, el ángulo y la intensidad del destello, así como descubrir qué tipo de neutrino interactuó allí y de dónde provino.

El P-ONE

En la propuesta de P-ONE, las cosas serían más complicadas que el hielo estable debajo de la superficie de la Antártida. Por ejemplo, el mar hará que los cables del fotodetector se muevan constantemente, debido al movimiento del agua y las mareas.

Además, el Océano Pacífico no tiene agua exactamente pura. Contiene sal, plancton y desechos que dejan los peces, entre otras sustancias. Esto cambiará el comportamiento de la luz de la radiación de Cherenkov.

Para sortear la situación, los científicos tendrían que calibrar constantemente los lectores, ajustando todas las variables y anulando el “ruido” que se obtendrá cuando los sensores escaneen la luz Cherenkov. Si esto se implementa correctamente, será posible rastrear los neutrinos.

Por supuesto, el equipo detrás del proyecto es consciente de las dificultades y ya está trabajando para superarlas. Actualmente tienen planes para construir una pequeña demostración de prueba de concepto del detector.

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