Los físicos están dando los últimos toques al Observatorio Subterráneo de Neutrinos de Jiangmen (JUNO), una instalación diseñada para detectar… Misterios Neutrinos ambientales, que son partículas subatómicas que no tienen carga eléctrica y tienen una masa insignificante. Está previsto que el observatorio comience a recopilar datos en el verano de 2025 y tiene como objetivo determinar cuál de los tres tipos de neutrino es el más pesado. Situado a 700 metros bajo la superficie de la Tierra en China, el proyecto representa un paso importante en el estudio de estas elusivas partículas y sus contrapartes antipartículas, los antineutrinos.
Características principales del detector JUNO
Según informó Science News un informeEl observatorio cuenta con un panel acrílico de 35 metros de ancho. esfera En su núcleo, que contendrá 20.000 toneladas métricas de centelleador líquido. Este líquido está diseñado para emitir luz cuando detecta partículas de una interacción de antineutrinos. La instalación incluye decenas de miles de tubos fotomultiplicadores para capturar estas señales ópticas. Para reducir la interferencia de otras partículas, el detector estaba rodeado por un pozo cilíndrico lleno de agua, que comenzó a llenarse el 18 de diciembre de 2024.
Centrarse en los antineutrinos
antineutrinos de dos Nuclear Se monitorearán las centrales eléctricas ubicadas a 50 kilómetros de distancia, lo que permitirá conocer sus características e interacciones. Según fuentes del proyecto, este dispositivo experimental no sólo ayudará a determinar las masas de los neutrinos, sino que también contribuirá a ampliar su alcance. Física Investigación, incluida la comprensión de la asimetría materia-antimateria.
La importancia de Juno
Informes indican que este observatorio será el más grande de su tipo en el mundo Científicos Esperamos resultados innovadores. Al estudiar los antineutrinos en detalle, se espera que JUNO avance en la comprensión de la física subatómica y la estructura básica del universo.
Los esfuerzos de colaboración de los equipos internacionales subrayan la importancia del proyecto para avanzar en la investigación de neutrinos. Esta instalación representa un avance importante en la búsqueda de descubrir las propiedades de los neutrinos y se espera que sus resultados tengan implicaciones de gran alcance en el campo de la física de partículas.
Actualmente se están realizando esfuerzos en el mar Mediterráneo para instalar un telescopio submarino de neutrinos conocido como KM3NeT, según informaron varias fuentes. el Telescopios Está diseñado para detectar neutrinos de alta energía, partículas subatómicas emitidas por fuentes cósmicas no identificadas. A diferencia de los telescopios tradicionales, estos dispositivos se basan en capturar la luz generada cuando los neutrinos chocan con ellos. agua de mar. Este enorme proyecto se extiende sobre un área de un kilómetro cúbico del mar Mediterráneo e implica el despliegue de cientos de cables de detección. El trabajo tiene como objetivo revelar nuevos conocimientos sobre el universo.
Desafíos únicos de diseño e implementación
De acuerdo a Para los expertos, KM3Net consta de dos telescopios distintos con globos de cristal, cada uno equipado con tubos fotomultiplicadores. Simone Biaggi, física del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear, compartió con Science News que los telescopios están ubicados a varios kilómetros debajo de la superficie. El despliegue implica colgar cables de sensores, que parecen collares de perlas, cada uno de hasta 700 metros de largo. Estos se reducen a fondo del mar Luego se libera gradualmente para esparcirse en el agua. El submarino operado de forma remota se utiliza para realizar comunicaciones precisas e inspeccionar la configuración.
Objetivos científicos del proyecto.
Las fuentes indican que uno de los telescopios, ubicado frente a la costa de Sicilia, está diseñado para detectar neutrinos de alta energía provenientes del espacio. El segundo, frente a las costas de Francia, se dedica a estudiar los neutrinos atmosféricos y sus oscilaciones. Estas oscilaciones proporcionan datos vitales sobre cómo los neutrinos se transforman entre diferentes formas, lo que contribuye a los avances en la física de partículas.
Desafíos operativos en el mar
Los físicos que trabajan en este proyecto se enfrentan a importantes desafíos, incluidas las duras condiciones marinas y los plazos ajustados. Según trascendió, las campañas de difusión se realizan anualmente y cada una tiene una duración aproximada de un mes. Durante este período, los investigadores trabajan bajo una tremenda presión para garantizar que todos los equipos funcionen perfectamente. Cualquier error debe corregirse inmediatamente, ya que las ediciones posteriores a la publicación son imposibles.
Los expertos señalan que los telescopios KM3NeT, parcialmente terminados, ya están produciendo datos científicos valiosos, que proporcionan información sobre los efectos de la gravedad cuántica y el comportamiento de los neutrinos.
Es necesario vaciar de agua el acuífero de Super Kamiokandi para realizar importantes trabajos de mantenimiento.Fuente: Takumi Harada/Yomiuri Shimbun vía AP/Alamy
estos Pequeñas partículas subatómicas Estos fenómenos son clave para comprender lo que sucede dentro de una supernova: debido a que emanan del núcleo de la estrella colapsada y atraviesan el espacio, pueden proporcionar información sobre cualquier posible nueva física que ocurra en condiciones extremas.
El mes pasado Neutrino 2024 En una conferencia celebrada en Milán, Italia, Masayuki Harada, físico de la Universidad de Tokio, presentó abierto Los primeros signos de neutrinos de supernova parecen surgir del ruido de partículas que el detector Super Kamiokande recoge todos los días de otras fuentes, como los rayos cósmicos que impactan en la atmósfera y la fusión nuclear en el núcleo del sol. El resultado “sugiere que estamos empezando a notar una señal”, afirma Masayuki Nakahata, físico de la Universidad de Tokio y portavoz del experimento, comúnmente conocido como Super-K. Pero Nakahata advierte que los datos de apoyo (recopilados durante 956 días de seguimiento) siguen siendo muy débiles.
Partículas esquivas
Los neutrinos son muy difíciles de capturar. La mayor parte viaja a través del planeta como la luz viaja a través del vidrio, y Super-K captura solo una pequeña fracción de lo que pasa a través de él. Aun así, el detector tiene muchas posibilidades de captar neutrinos de supernovas, porque el universo debería estar lleno de ellos. El colapso de la estrella libera enormes cantidades de estas partículas (unas 10 veces las que captura Super K).58), produciendo lo que los astrofísicos llaman un fondo difuso de neutrinos de supernova.
Una supernova puede iluminar la Vía Láctea en cualquier momento. Los astrónomos estarán observando
Pero hasta ahora nadie ha podido descubrir este trasfondo. Los neutrinos sólo se han observado una vez. Se ha podido rastrear de manera concluyente que se trata de una estrella colapsada. Nakahata fue uno de los investigadores que descubrió las partículas utilizando el detector Kamioka-II, predecesor del Super-K, en 1987. El descubrimiento fue posible porque la supernova se produjo en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana lo suficientemente cercana como para que los neutrinos de la La estrella en explosión llegó a la tierra en grandes cantidades.
En 2018-2020, el detector Super K, un tanque que contiene 50.000 toneladas de agua pura ubicado bajo un kilómetro de roca cerca de Hida, en la isla central de Honshu, experimentó una actualización simple pero importante destinada a aumentar su capacidad para distinguir entre neutrinos de supernova y partículas. El otro.
Cuando un neutrino (o más bien su antipartícula o antineutrino) choca con un protón en el agua, ese protón puede convertirse en un par de otras partículas, un neutrón y un antielectrón. El antielectrón produce un destello de luz mientras viaja a gran velocidad a través del agua, y esta luz es capturada por sensores que recubren las paredes del tanque. Por sí solo, este destello de luz puede ser indistinguible del producido por neutrinos o antineutrinos de otras fuentes.
Pero durante el proceso de actualización, los científicos agregaron una sal a base de gadolinio al agua Super-K. Esto permite que el neutrón producido por el antineutrino que golpea el agua sea capturado por el núcleo de gadolinio, que libera un segundo destello de energía. Los físicos de Super-K buscan neutrinos de supernova mediante una secuencia rápida de dos destellos, uno producido por un antielectrón y el segundo por un neutrón capturado.
Resuelve misterios cósmicos
Nakahata dice que se necesitarán varios años para que las verdaderas señales de supernova se aclaren, porque las señales de doble destello podrían provenir de otras fuentes de neutrinos, incluidas las generadas por rayos cósmicos que golpean la atmósfera. Pero para cuando esté previsto que Super K cierre en 2029, añade, debería haber recopilado suficientes datos para hacer una afirmación sólida.
Y Una experiencia más amplia se llama Hyper KamiokandeEstá previsto que el proyecto esté terminado en 2027 y podría mejorar significativamente los resultados del proyecto Super-K. Inicialmente, HyperK se llenará con agua purificada, pero “se está probando la compatibilidad de todos los componentes del detector con gadolinio”, que podría añadirse más adelante, afirma Francesca Di Lodovico, física del King's College de Londres y portavoz del proyecto.
Un detector japonés gigante se prepara para capturar neutrinos de supernovas
Probar que todavía existen neutrinos de supernovas distantes que ocurrieron hace miles de millones de años confirmaría que los neutrinos son partículas estables y no se descomponen en otra cosa, dice Nakahata. Esto es algo que los físicos sospechan desde hace mucho tiempo pero nunca han podido demostrar de manera concluyente.
Harada dice que medir el espectro completo de las energías de los neutrinos de las supernovas también puede proporcionar pistas sobre cuántas supernovas explotaron durante diferentes épocas de la historia del universo. Además, puede revelar cuántas estrellas en colapso crearon un agujero negro, que podría detener la emisión de neutrinos, en lugar de dejar una estrella de neutrones.
Los datos de Super-K son aún demasiado débiles para afirmar que se trata de un descubrimiento, pero la perspectiva de detectar neutrinos difusos es “muy emocionante”, afirma Ignacio Taboada, físico del Instituto Tecnológico de Georgia en Atlanta y portavoz del Observatorio de Neutrinos Ice Cube. en la Antártida. “Los neutrinos proporcionarán una medida independiente de la historia de la formación de estrellas en el universo”.
