Cazando neutrinos

Alguna vez en Electrones os hemos hablado de neutrinos.De hecho, hace no mucho, os hablamos de una instalación en Italia que se encarga de medir la velocidad que llevan. Pero, ¿para qué narices sirven?

Los neutrinos son unas partículas que llegan a la tierra desde el espacio, procedentes de reacciones nucleares que se producen en el corazón de las estrellas y otros procesos violentos como explosiones de supernovas. Es muy difícil detectar los neutrinos, ya que interaccionan muy poco con la materia. Para ello se desarrollan detectores especiales como el KM3NET, un detector enorme de un kilómetro cúbico de volumen bajo el océano, o el ICECUBE, un detector que se sumerge hasta 2,4 kilómetros de profundidad en el hielo antártico. Estos detectores están equipados de sensores de luz ultrasensibles, dado que los neutrinos, al chocar con la materia (como el agua del océano o el hielo de la Antártida) generan un pequeñísimo destello.

Estudiar la procedencia de los neutrinos es interesante porque puede ayudarnos a comprender mejor la historia de nuestro universo. Pero, ¿quién hay en el polo Sur, detectando neutrinos?

Carlos Pobes, en el Polo Sur geográfico
Carlos Pobes, en el Polo Sur geográfico

Quizás recordéis, por un espectáculo y un especial del blog que preparamos juntos, a Carlos Pobes, doctor en Física. Este joven físico se ha lanzado a la aventura y se fue el diciembre pasado a la Antártida, a trabajar con un equipo de la Universidad de Wisconsin-Madison en el detector ICECUBE. Es el primer tercer español que va a pasar el invierno polar en la base. Igual os suena de haberlo visto recientemente en el programa Desafío Extremo (Cuatro), presentado por Jesús Calleja.

Como yo no soy un experto en neutrinos, no me atrevo a explicaros mucho más. Carlos quizás nos escriba un artículo cuando tenga algo de tiempo, pero mientras tanto, os animo a visitar un blog que lanzó (y actualiza muy frecuentemente) para contar sus andanzas en tierra de pingüinos y neutrinos. Daos una vuelta por «El día más largo de mi vida» y admirad las fotos del paisaje, leed los artículos con interés y curiosead qué comen en el polo cuando están totalmente aislados del mundo.

Exposición del LHC

Si vives en Zaragoza o estás en la ciudad de paso, los Electrones te recomiendan que te des una vuelta por el Paseo de la Independencia, donde podrás encontrar una magnífica exposición de fotografías del LHC, el mayor acelerador de partículas del mundo situado en Ginebra.

La exposición la trae la Facultad de Ciencias de la Universidad de Zaragoza y está financiada por el Proyecto Consolider Ingenio 2010 CPAN. Las fotos son de Peter Ginter, y tuvieron un éxito tremendo cuando se estrenaron en Suiza.

Aprovecho para recomendaros otra exposición al aire libre (menos científica pero no por ello menos bonita) muy cerca de la del LHC: en la Calle Alfonso podéis disfrutar de varias estatuas del francés Rodin.

Lo dicho. Tanto si vivís en la capital aragonesa como si sólo estáis de paso, no perdáis esta oportunidad de ver dos exposiciones tan bonitas.

Lee más sobre el LHC en Electrones:

y XV. La Física sigue evolucionando

EXPO_ASPERA_PROP2_G.pdf (página 15 de 15)

¿Cuál es la naturaleza de la Materia Oscura? ¿Qué es la Energía Oscura que acelera la expansión del universo? ¿Cuál es la masa de los neutrinos? La teoría del Big Bang supuso una herramienta para entender la historia del Universo, pero aún surgen cuestiones sobre la evolución de la materia a todas las escalas. Las Astropartículas son probablemente una de las claves en todos estos misterios. Una mejor comprensión de estos nuevos mensajeros ofrecerá una marea de nuevos conocimientos. Pero surge otra pregunta: ¿encajarán estos descubrimientos en nuestras teorías actuales o nos obligarán a desarrollar una nueva física, revolucionando una vez más nuestra visión del mundo?

Debido a la Materia Oscura, la estructura del Universo se asemeja a una gran tela de araña. ¿Aceleradores? ¿Experimentos de Astropartículas? Sea de donde sea que lleguen nuevas revoluciones, cambiarán seguro nuestra concepción de la materia, el Universo y su historia. Por otro lado, proyectos como LAGUNA pueden arrojar luz sobre los secretos de los neutrinos y sus extrañas propiedades. ¿Abrirán una nueva era en la Física más allá del Modelo Estándar?

XIV. Transferencia de conocimiento

Los retos tecnológicos de los físicos estimulan a los científicos e ingenieros. Los aparatos desarrollados para estas investigaciones básicas encuentran otras aplicaciones y algunos permiten por ejemplo explorar el interior de los volcanes, el cuerpo humano, la corteza terrestre, monitorizar la atmósfera y los océanos…

Para detectar las señales inducidas por los hipotéticos WIMPs, partículas masivas postuladas como posibles constituyentes de la materia oscura, algunos experimentos alojados en laboratorios subterráneos utilizan detectores que trabajan a temperaturas cercanas al cero absoluto y sensibles a variaciones de temperatura de millonésimas de grado. Los laboratorios subterráneos ofrecen también el entorno ideal para medidas de bajas contaminaciones y otras aplicaciones.  Por otro lado, los detectores de rayos cósmicos pueden utilizarse para inspeccionar el interior de volcanes o pirámides, como observatorios oceánicos para estudiar los fondos abisales.

Imagen: El volcán Sarychev en erupción (NASA).

XIII. Instrumentos revolucionarios

En la oscuridad de laboratorios subterráneos, bajo el mar o en el espacio, los científicos inventan nuevos instrumentos, mejoran la sensibilidad de sus detectores y reducen el ruido de fondo para seguir extendiendo los límites de nuestra comprensión de la materia y el Universo, de lo infinitamente pequeño y lo infinitamente grande.

Para comprender la materia es necesario desentrañar su estructura íntima y las reglas de ensamblaje de sus distintos componentes, por ejemplo descomponiéndola. Los físicos observan el resultado de las colisiones de partículas aceleradas a gran velocidad. En el CERN, el LHC, con sus 27 kilómetros de circunferencia es la última joya de estos aceleradores. Acelerará protones al 99.9999991% de la velocidad de la luz, dando 11245 vueltas al acelerador por segundo. Los experimentos alojados a lo largo del anillo estudiarán la materia buscando el bosón de Higgs, antimateria o materia oscura, es decir, algunas de las cuestiones más excitantes actualmente en la Física.

XII. Inundaciones cósmicas

Durante un siglo, el origen de los rayos cósmicos más energéticos ha constituido un misterio. Desde todas las direcciones del espacio, partículas de energías extremas atraviesan el espacio casi a la velocidad de la luz. Identificar las fuentes capaces de acelerar estas partículas a energías millones de veces superiores a las producidas en los mayores aceleradores de la Tierra es uno de los retos de la nueva generación de grandes observatorios.

Los rayos cósmicos colisionan en la alta atmósfera provocando flujos de partículas secundarias llamados ‘cascadas’ o ‘lluvias’ de partículas, que pueden extenderse en superficie a lo largo de decenas de kilómetros cuadrados. Los rayos cósmicos más energéticos se cree que son producidos en los chorros emitidos por los núcleos activos de algunas galaxias y son cazados en observatorios que cubren enormes extensiones de superficie, ya que son muy escasos: uno por kilómetro cuadrado por siglo! En la pampa argentina un bosque de 1600 detectores registra estas partículas secundarias, es el observatorio Pierre Auger. Este nuevo tipo de instrumentación estudia la física de los rayos cósmicos analizando sus interacciones e identificando las direcciones de las que proceden. La misión espacial JEM-EUSO es una colaboración internacional de doce países, liderada por Japón y donde siete países son europeos, que permitirá desde la Estación Espacial Internacional detectar la radiación cósmica a las más extremas energías jamás observadas, en el rango del ZeV (1021 electronvoltios).

Imagen: Astronomy Picture of the Day #608 (NASA)

Vuelven los Electrones (a medio gas)

Feliz año 2010 a todos.

Los Electrones vuelven a la carga, aunque un poco a medio gas por culpa de los exámenes de febrero que están a la vuelta de la esquina. De momento, publicaremos casi exclusivamente los artículos que quedan del Especial de Astropartículas (que vuelve mañana mismo) y, siempre que haya tiempo, las últimas novedades científico-tecnológicas.

Hay en el tintero un interesantísimo artículo sobre fotografías hechas a átomos, otro sobre los premios Nobel científicos del pasado 2009, y unos pequeños (pero muy bonitos) cambios estéticos que nos ha preparado nuestro colaborador Pablo J. Dols.

Espero que os gusten. La segunda quincena de febrero volvemos al 100%.

XI. Gravedad esquiva

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Los fenómenos más violentos, como la formación de agujeros negros, explosiones de supernovas, colisiones de dos estrellas de neutrones, hacen vibrar el espacio-tiempo. Como un eco, las ondas gravitacionales generadas deben invadir todo el Universo. Escuchando estas vibraciones casi imperceptibles, algunos instrumentos ultra sensibles, capaces de detectar fluctuaciones tan pequeñas como la milmillonésima de un diámetro atómico, observan el espacio incansablemente para identificar estas sacudidas del Universo.

Según la Relatividad de Einstein, la presencia de materia curva el espacio-tiempo. Una explosión estelar debería producir ondas gravitacionales, moviéndose a la velocidad de la luz. Una de las posibilidades para detectarlas es colocar en el espacio, en superficie, o bajo tierra interferómetros láser extremadamente sensibles, como el proyecto ET (Telescopio Einstein). Estos experimentos intentan medir con gran precisión el movimiento infinitesimal de masas suspendidas libremente, que podrían revelar la existencia de irregularidades en el espacio-tiempo provocadas por algún lejano cataclismo cósmico o incluso por la gran explosión primordial: el Big Bang.

Imagen: «Choque de dos agujeros negros y la onda gravitacional generada», una simulación de la NASA.

X. Enigmáticos neutrinos

km3net-geometry-cylinder-example.jpg (JPEG Imagen, 1744x2475 pixels) - Escalado (25%)

Ocultos en las profundidades, como miles de ojos, unos detectores de luz escudriñan el fondo oceánico para detectar las imperceptibles estelas que revelen la interacción de neutrinos de alta energía. Estas partículas han atravesado enormes distancias sin ser alteradas por el medio intergaláctico llegando hasta la Tierra. Una mínima fracción podrá ser detectada bajo el océano permitiendo desvelar algunos de los secretos más candentes del Universo.

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La supernova de 1987 fue la primera oportunidad de detectar neutrinos procedentes de una fuente lejana. Emitidos desde el mismísimo corazón de las estrellas, estas partículas nos permiten tener acceso a algunos de los procesos más violentos del Universo como las supernovas (vista aquí en rayos gamma), agujeros negros… Esta nueva ventana al Universo está limitada por la débil interacción de los neutrinos con la materia. Detectar los muones inducidos por esta interacción requiere enormes detectores en profundidad para estar blindados de la radiación cósmica que existe en superficie. El océano ofrece un entorno ideal para distribuir miles de detectores de luz. Con un volumen de un kilómetro cúbico, el telescopio submarino KM3NeT será capaz de detectar cientos de eventos al año.

Imágenes: «Telescopio KM3NeT» (AspERA) y «Supernova SN1987A» (NASA).

IX. Energías descomunales

Inalterados por los campos magnéticos del Universo, los fotones gamma viajan por el cosmos. Los más energéticos pueden iniciar destellos de luz Cherenkov al entrar en la atmósfera debido a las lluvias de partículas secundarias que producen. Para cazar esta débil traza se han inventado nuevos y revolucionarios telescopios con detectores de alta velocidad de respuesta.

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Algunas estrellas como los púlsares son auténticas catapultas cósmicas, emitiendo partículas y fotones de muy alta energía. Desde tierra, o desde el espacio, nuevos telescopios gamma permiten desentrañar los procesos de aceleración que tienen lugar en el seno de estas estrellas ultra densas. Campos magnéticos intensos combinados con la frenética rotación de los púlsares son los responsables de estas emisiones. El experimento CTA (un conjunto de telescopios Cherenkov con detectores extraordinariamente sensibles) permitirá avanzar en la comprensión de la física de agujeros negros, objetos compactos, supernovas…

Fonts

Imágenes: «Conjunto de telescopios Cherenkov CTA» (AspERA) y «Representación de un púlsar» (NASA).