Nueve años en la ‘caza’ submarina de neutrinos

Ilustración del telescopio submarino de neutrinos ANTARES, compuesto por 12 cadenas de fotomultiplicadores que detectan y amplifican la luz emitida por partículas cargadas producidas por interacciones de neutrinos. / ANTARES


La Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) ha destacado en su web una investigación que analiza nueve años de recogida de datos sobre neutrinos cósmicos (partículas muy pequeñas, prácticamente sin masa y que viajan a altas velocidades por el espacio) desde el telescopio submarino ANTARES, que los detecta cuando interaccionan en la roca del fondo marino o en el agua.

El trabajo, publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters, estudia el origen del fondo difuso de neutrinos procedentes de fuentes astrofísicas puntuales débiles, lo que imposibilita su detección individual, o de interacciones de rayos cósmicos de alta energía que se propagan desde fuentes lejanas. ANTARES es una colaboración internacional formada por unos 120 científicos de ocho países, entre los que figuran los profesores Sergio Navas y Antonio F. Díaz de la Universidad de Granada.

Con los datos del detector ANTARES, los investigadores rechazan la hipótesis de inexistencia del fondo cósmico de neutrinos a un 85% de nivel de confianza

Cuando los neutrinos interaccionan en la roca o el agua generan un muón ultrarelativista (una partícula elemental masiva) que emite luz azul (llamada Cherenkov). Esta luz es captada por unos sensores fotomultiplicadores. A partir de la posición de la luz detectada y del tiempo de llegada de la misma, los científicos miden la dirección y la energía del neutrino.

La medida del flujo difuso de neutrinos es clave para la comprensión de los mecanismos de producción y aceleración de rayos cósmicos en fuentes astrofísicas y las propiedades de interacción.

Datos coincidentes con los del telescopio IceCube

Los datos analizados ponen de manifiesto un moderado exceso de neutrinos cósmicos. “Pese a que no puede hablarse todavía de evidencia ya que hace falta aumentar la estadística, las propiedades del flujo de neutrinos cósmicos detectados son consistentes con los observados por el telescopio IceCube, lo que supone, sin duda, un resultado prometedor”, informa Navas.

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Inmersión del telescopio submarino. / ANTARES

El telescopio submarino de neutrinos ANTARES, que comenzó a funcionar en 2007 a unos 40 kilómetros de la costa de Toulon (Francia), es el mayor telescopio de neutrinos del hemisferio norte.

Se trata de una red de 885 sensores de luz (fotomultiplicadores) distribuidos en 12 líneas verticales ancladas en el fondo del mar a una profundidad de 2500 metros. Cada línea tiene una longitud instrumentada de 350 metros y están separadas entre sí unos 70 metros. El volumen instrumentado es de 10 megatoneladas de agua.

Hacia una nueva generación de telescopios de neutrinos

La siguiente generación de telescopios de neutrinos, denominada KM3NeT, y en cuya construcción y explotación científica también participa la Universidad de Granada, contará con mayor resolución para la medida de la energía y dirección de los neutrinos.

“Con KM3NeT seremos capaces, en un futuro inmediato, de caracterizar de manera precisa las propiedades del flujo difuso observado y de identificar las fuentes cósmicas de neutrinos”, adelanta Navas.

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Detección de neutrinos con el telescopio submarino. / ANTARES

Animación de una detección de neutrinos que ocurre en menos de 2 microsegundos. Cada módulo óptico se representa por una esfera, que a su vez está ligada a una línea anclada al fondo del mar. El neutrino (no visible) genera un muón (línea azul) con energía que recorre decenas de metros mientras atraviesa el detector. Las partículas cargadas ultrarelativistas, como el muón, emiten luz. Cuando son interceptadas por un módulo óptico, se le denomina hit. Los hits se indican mediante cubos coloreados. El color del cubo se relaciona con el tiempo en el que ocurrió el hit, mientras que el tamaño del cubo lo identifica la cantidad de luz que se detectó. / ANTARES

Referencia bibliográfica:

Albert, A. et al. (The ANTARES Collaboration). (2018). “All-flavor Search for a Diffuse Flux of Cosmic Neutrinos with Nine Years of ANTARES Data”. The Astrophysical Journal Letters, 853(1), L7. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aaa4f6

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