Sensores submarinos detectan el neutrino más energético registrado hasta ahora. El nuevo conjunto de sensores de neutrinos, ARCA, que sondea el fondo marino del Mediterráneo, cerca de Sicilia, detectaron un “universo oculto” en las profundidades.

El importante hallazgo de ARCA fue presentado en una audiencia en la conferencia Neutrino 2024.

Detector de neutrinos

En una conferencia celebrada en junio, el físico Joao A. B. Coelho, del French Astroparticle and Cosmology Laboratory de Francia, presentó un proyecto revelador: un gran grupo de globos oculares artificiales esféricos que podrían ayudarnos a detectar partículas de neutrinos ligeros como plumas procedentes de debajo del océano. Estos “globos oculares” están encerrados en una esfera, y luego esas esferas están a su vez encerradas en otra esfera. ¿Podría una enorme instalación en el fondo marino de la costa de Sicilia ayudarnos a localizar más neutrinos del universo, misteriosos pero abundantes?

Construir instalaciones o infraestructuras bajo las profundidades marinas es un reto enorme. A unos 3.500 metros de profundidad en el Mediterráneo, la parte ARCA de la plataforma de investigación KM3NeT experimenta unas 348 atmósferas de presión. Comparada con la atmósfera de presión que experimentamos a nivel del mar, puede hacerse una idea de la intensidad de las condiciones a esa profundidad. Sin embargo, en las profundidades, los sensores tienen más posibilidades de observar neutrinos porque están protegidos del ruido electromagnético de la superficie.

Estos grupos de sensores -enganchados a cables verticales de 700 metros de longitud- detectany separan tres capas distintas de ruido de partículas.

Crédito de imagen: depositphotos.com

Tres capas para detectar neutrinos

La primera capa es el “ruido óptico” de fondo que se produce de forma natural y que, según explicó Coelho, procede en su mayor parte de la desintegración del isótopo radiactivo potasio 40. Este ruido es tan constante que no puede ser detectado por los sensores. Este ruido es tan constante que puede ayudar a calibrar los instrumentos, y también puede revelar neutrinos expulsados de supernovas (que tienen una firma diferente a otros detectados por esta maquinaria).

La segunda capa de ruido son los rayos cósmicos procedentes del espacio exterior. Golpean constantemente la atmósfera terrestre y se convierten en fuegos artificiales de partículas al chocar con los núcleos de los átomos que allí se encuentran. Estas partículas resultantes, explicó Coelho, son muones que se desintegran rápidamente, produciendo un ruido óptico que también puede utilizarse para la calibración, además de ayudar a resolver algunos problemas pendientes con la existencia de los muones.

Por último, la tercera capa es donde obtenemos los neutrinos procedentes de la atmósfera terrestre. Algunos de los rayos cósmicos que inciden en nuestra atmósfera crean muones que, a su vez, decaen en neutrinos muónicos. De una forma extraña, es como un aguacate que llega del espacio. Cuando el rayo cósmico choca contra un núcleo, pierde su “piel”, dejando debajo una “carne” (muón) menos estable. Después, la física le quita la carne y sólo queda la “semilla” (el neutrino muón). Lo que queremos aquí es ese neutrino.

Neutrinos atraviesan casi todo

Los neutrinos son tan diminutos que pueden atravesar casi todo, incluso el agua y la Tierra.

Coelho explica:

“La Tierra es un gran escudo contra los rayos cósmicos, pero a los neutrinos les da igual”.

Por eso, los hilos de sensores del ARCA pueden detectar estas partículas diminutas, así como la información que nos da el “sabor” de los neutrinos.

Los hilos de sensores de ARCA se iluminan con una firma de neutrinos energéticos. Crédito de imagen: Joao A.B. Coelho

En la conferencia, Coelho se mostró tímido sobre una próxima noticia de ARCA y KM3NeT. Nature informa de que ARCA ya ha detectado el neutrino probablemente más energético hasta la fecha, y a diferencia de los neutrinos de enfriamiento creados en nuestra atmósfera, éste procede probablemente de algo “cataclísmico” en el cosmos lejano. Y ésta es el arma secreta de ARCA: una cuarta capa que ignora todo el ruido anterior para amplificar los neutrinos energéticos procedentes de más lejos.

En este nivel de energía, explicó Coelho, casi siempre es muy oscuro. Cuando muchos de los sensores de ARCA se iluminaron con un evento inesperado y muy brillante, todos los científicos se dieron cuenta. La firma del neutrino energético parece haber proporcionado a ARCA un campo de pruebas para seguir buscando neutrinos del cosmos, así como sus fuentes explosivas.

[FT: neutrino2024]

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Crédito imagen de portada: depositphotos.com