IceCube, el detector de neutrinos más poderoso del mundo

IceCube
IceCube

Para detectar los neutrinos, los científicos han establecido en la Antártida el observatorio de neutrinos, el IceCube, un detector situado cerca de la estación del Polo Sur Amundsen-Scott: al estar en el Polo Sur los científicos pueden usar la Tierra para filtrar del gran fondo los muones atmosféricos.

Los Neutrinos son las partículas más abundantes en la naturaleza con su número que excede en gran medida el número de átomos en el universo entero, sin embargo los científicos saben poco sobre ellos a pesar de millones que pasan a través de la Tierra todos los días. Son partículas casi sin masa sin carga eléctrica y pueden viajar a la Tierra sin atenuación o desviación por campos magnéticos. Debido a que viajan a través del universo casi sin ser molestados por la materia pueden señalar a los científicos hacia las fuentes donde fueron creados, con los neutrinos más energizados que se espera que viajen desde los ambientes más extremos del universo, incluyendo las estrellas de explosión masiva. Estas fuentes son capaces de acelerar los rayos cósmicos a energías de más de un millón de veces las energías logradas por aceleradores hechos por humanos tales como el Large Hadron Collider en el CERN. Mientras billones de neutrinos llegan a la Tierra cada segundo, la mayoría de ellos son llamados “neutrinos muón” que se generan a partir de los rayos cósmicos que interactúan con la atmósfera de la Tierra. En contraste, los investigadores están tratando de encontrar una docena de neutrinos generados en otros lugares, en el fondo del universo.

El observatorio se compone de una matriz de superficie, IceTop, y un sub-detector interno más denso, DeepCore. Es el primer detector de neutrinos gigante jamás construido. Su principal tarea es observar neutrinos de las fuentes astrofísicas más intensas del universo. El componente en hielo de IceCube – DeepCore – consta de 5.160 módulos ópticos digitales (DOM) cada uno con un tubo fotomultiplicador de 10 ” y la electrónica asociada. Los DOM están unidos a cuerdas verticales que se congelan en 86 pozos localizados en un kilómetro cúbico. La profundidad de cada pozo oscila entre 1.450 y 2.450 metros. Las cuerdas se colocan en una rejilla hexagonal con 125 metros de espaciamiento entre, con cada cuerda que sostiene 60 DOMs, separados verticalmente 17 metros. En total ocho de estas cadenas particulares en el centro de la matriz se despliegan de forma más compacta, con la distancia entre reducida a unos 70 metros y un espaciamiento vertical de 7 metros entre los DOM. Esto permite a los científicos estudiar las oscilaciones de los neutrinos. Mientras tanto, IceTop se compone de estaciones ubicadas en la parte superior del mismo número de cadenas IceCube. Cada estación tiene dos tanques que tienen hacia abajo DOMs. En general, IceCube mide la interacción de los neutrinos con el hielo. Específicamente, cuando los neutrinos golpean el hielo producen partículas secundarias cargadas eléctricamente que a su vez emiten la luz de Cherenkov, el resultado de viajar a través del hielo más rápidamente que la luz puede. Los sensores de IceCube recogen esta luz, la cual es digitalizada y estampada en el tiempo. Todos los sensores recogen estos datos que luego se convierten en patrones luminosos que revelan la dirección y la energía de los neutrinos.

Neutrinos

El estudio de los neutrinos en la Antártida es un esfuerzo verdaderamente global con IceCube construido utilizando un premio de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) junto con la asistencia de agencias de financiación de socios en todo el mundo. La División de Programas Polares en la Dirección de Geociencias de la NSF y la División de Física continúan apoyando el proyecto con una subvención de mantenimiento y operaciones, al igual que otras instituciones y agencias de financiamiento. Como parte de los esfuerzos de cooperación científica, la expedición de la Antártida formada por IceCube Collaboration incluye a 300 físicos e ingenieros de los Estados Unidos, Alemania, Suecia, Bélgica, Suiza, Japón, Canadá, Nueva Zelanda, Australia, Reino Unido, Corea y Dinamarca. Wisconsin-Madison es la institución principal.

Los científicos anunciaron por primera vez una observación del neutrino, confirmando el descubrimiento de partículas de más allá de nuestro sistema solar y galaxia. Este descubrimiento, según Vladimir Papitashvili de la División de Programas Polares de la NSF, abre “las puertas a una nueva era en la física de partículas”, mientras que Olga Botner, portavoz de IceCube Collaboration, cree que este descubrimiento es la clave para partes inexploradas de la universo y podría revelar los orígenes de las energías cósmicas más altas.

Fuente: IceCube
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