Cinco detectores ARCA a bordo, listos para su despliegue.Crédito: Colaboración KM3Net
Un observatorio aún en construcción en el fondo del mar Mediterráneo ha descubierto el que podría ser el neutrino más energético jamás descubierto. Se sabe que estos neutrinos ultraenergéticos (pequeñas partículas subatómicas que viajan a una velocidad cercana a la de la luz) existen desde hace aproximadamente una década, y se cree que son mensajeros de algunos de los eventos más catastróficos del universo, como el crecimiento. Picos de agujeros negros supermasivos en galaxias distantes.
El físico de neutrinos João Coelho sorprendió a los investigadores Neutrino 2024 conferencia en Milán, Italia, el 18 de junio, cuando reveló el descubrimiento sólo al final de su charla.
La imagen más extraña de la Vía Láctea hasta el momento: mapeando la galaxia con neutrinos
El descubrimiento del neutrino fue “un acontecimiento sorprendente”, afirma Francis Halzen, físico de la Universidad de Wisconsin-Madison. Añadió que esta observación resalta el potencial del Observatorio de Investigación de Astropartículas Cósmicas en el Abismo (ARCA), un bosque de detectores montados en “hilos” atados al fondo marino a una profundidad de 3.500 metros al sureste de la isla italiana de Sicilia.
El neutrino “realmente destaca, está muy lejos de todo lo demás”, dijo Coelho, que trabaja en el Laboratorio de AstroPartículas y Cosmología de París. No reveló la dirección exacta de donde vino la partícula, ni cuándo ocurrió la observación: hacerlo podría haber alertado a los competidores sobre el posible origen del neutrino, dijeron los investigadores en la conferencia. naturaleza. En cambio, Coelho prometió que estos detalles serían revelados en un trabajo de investigación posterior. “Sería realmente interesante ver dónde se originó el neutrino en el cielo”, dice Nepomuk Otey, físico del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta.
Cuentas en cuerdas
ARCA es el componente más grande de un observatorio de neutrinos llamado Telescopio Cubo de Neutrinos (KM3NeT), que también incluye un conjunto frente a Toulon, Francia. La cooperación incluye países europeos, así como Marruecos, Sudáfrica, Australia, Georgia, China y los Emiratos Árabes Unidos.
ARCA ha estado recopilando datos desde mediados de la década de 2010 y actualmente consta de 28 cadenas, que el equipo espera ampliar a un total de 230 para 2028. Cada cadena tiene 800 metros de largo y está decorada con 18 módulos detectores, aproximadamente la mitad de los cuales son globos de cristal. Tiene un metro de ancho y contiene fotodetectores, cada uno de los cuales sólo puede detectar un puñado de fotones.
La mayor parte de la luz detectada por ARCA es el resultado de partículas de rayos cósmicos altamente energéticas, que producen una lluvia de partículas subatómicas cargadas eléctricamente cuando chocan con la atmósfera terrestre. Estas partículas pueden viajar en el agua durante muchos kilómetros y dejar tras de sí débiles destellos de luz, que ARCA está diseñado para detectar.
Una sola partícula subatómica arroja luz sobre el misterioso origen de los rayos cósmicos
El observatorio también puede detectar luz de otros tipos de partículas, incluidos los neutrinos. No “ve” los neutrinos directamente. En cambio, cuando un neutrino golpea una partícula (del aire, el agua o la roca subyacente) puede crear una partícula cargada de alta energía llamada muón, que produce una lluvia de otras partículas cargadas a medida que avanza a través del detector. Los neutrinos pueden viajar a través de la Tierra, por lo que la lluvia de partículas que producen puede proceder de cualquier dirección, mientras que las de los rayos cósmicos suelen proceder de la atmósfera. Entonces, cuando ARCA detecta una lluvia desde arriba, puede ser difícil identificar la fuente, pero es más probable que las lluvias horizontales o ascendentes sean neutrinos, dice Elisa Risconi, física de neutrinos de la Universidad Técnica de Munich en Alemania. .
Pero para los neutrinos de mayor energía, aquellos con medio voltio de electrón beta (0,5 x 10)15 voltios) o más: el suelo actúa como una barrera, dice Risconi. Esto deja una banda de cielo alrededor del horizonte donde las partículas que tocan la Tierra pueden detectarse y distinguirse fácilmente de los rayos cósmicos. “Tenemos esta región estrecha donde podemos ver firmas muy claras de estos neutrinos”, dice Risconi, quien formó parte de la colaboración que descubrió neutrinos de energía ultraalta hace aproximadamente una década. Este grupo utilizó el Observatorio de Neutrinos IceCube, un detector similar al ARCA incrustado en el hielo antártico.
En su charla, Coelho dijo que más de un tercio de los sensores del ARCA registraron destellos consistentes con un muón que cruza horizontalmente el observatorio, generado por un neutrino que llegó aproximadamente un grado por debajo del horizonte. Añadió que la partícula probablemente tenga una energía de varias decenas de petaelectronvoltios, lo que la convierte en la más energética jamás descubierta.
La búsqueda continúa
Al menos otros cuatro observatorios que podrían detectar neutrinos de mayor energía están en construcción o han sido propuestos, según Naoko Kurahashi Nelson, investigadora de neutrinos de la Universidad de Drexel en Filadelfia, Pensilvania, quien describió algunos de los planes en una conversación separada. Resconi dice que ella y sus colaboradores han probado con éxito un futuro observatorio de neutrinos frente a la isla de Vancouver, Canadá. Otte está liderando otra propuesta de proyecto (con un prototipo que ahora se está probando en Utah) para buscar neutrinos que cubren la Tierra, monitoreando la atmósfera justo encima del horizonte en busca de destellos de luz.
Hasta hace poco, sólo IceCube tenía la capacidad de ver estas partículas extremas, lo que hace que su descubrimiento por parte del ARCA, mucho más pequeño, sea aún más emocionante. “Es como ganar la gran lotería”, dice Halzen, investigador principal de Ice Cube.