Los investigadores que utilizan el Observatorio de Neutrinos IceCube han clasificado los miles de millones de partículas subatómicas que atraviesan su detector congelado de un kilómetro cúbico cada año para reunir evidencia nueva y poderosa en apoyo de las observaciones de 2013 que confirman la existencia de neutrinos cósmicos.
La evidencia es importante porque anuncia una nueva forma de astronomía usando neutrinos, las partículas de alta energía casi sin masa generadas en los aceleradores de la naturaleza: agujeros negros, estrellas explosivas masivas y núcleos energéticos de galaxias. En el nuevo estudio, la detección de21 muones de ultra alta energía, partículas secundarias creadas en las muy raras ocasiones en que los neutrinos interactúan con otras partículas, proporcionan una confirmación independiente de los neutrinos astrofísicos de nuestra galaxia, así como los neutrinos cósmicos de fuentes fuera de la Vía Láctea.
Las observaciones se informaron hoy 20 de agosto de 2015 en un artículo publicado en la revista Cartas de revisión física por IceCube Collaboration, que llamó a los datos una "señal inequívoca" para neutrinos astrofísicos, partículas de ultra alta energía que han atravesado el espacio sin obstáculos por estrellas, planetas, galaxias, campos magnéticos o nubes de polvo interestelar, fenómenos que, enenergías muy altas, atenúan significativamente más partículas mundanas como los fotones.
Debido a que casi no tienen masa ni carga eléctrica, los neutrinos pueden ser muy difíciles de detectar y solo se observan indirectamente cuando colisionan con otras partículas para crear muones, que revelan partículas secundarias. Además, hay diferentes tipos de neutrinos producidos endiferentes procesos astrofísicos. La Colaboración IceCube, un gran consorcio internacional con sede en la Universidad de Wisconsin-Madison, ha asumido el gran desafío de examinar una masa de observaciones para identificar quizás una docena de los neutrinos de mayor energía que han viajado desdefuentes en la Vía Láctea y más allá de nuestra galaxia.
Esos neutrinos de alta energía, los científicos creen, se crean en el interior de algunos de los fenómenos más violentos del universo. Las partículas creadas en estos eventos, incluidos los neutrinos y los rayos cósmicos, se aceleran a niveles de energía que exceden los aceleradores terrestres que establecen récords tales comocomo el Gran Colisionador de Hadrones LHC por un factor de más de un millón. Son apreciados por los astrofísicos porque la información que poseen es prístina, sin cambios, ya que las partículas viajan millones de años luz entre sus fuentes y la Tierra.Los neutrinos de mayor energía prometen una visión de una serie de problemas en física, incluida la forma en que la naturaleza construye aceleradores de partículas potentes y eficientes en el universo.
Las últimas observaciones se realizaron señalando el Observatorio del Cubo de Hielo, compuesto por miles de sensores ópticos hundidos en las profundidades del hielo antártico en el Polo Sur, a través de la Tierra para observar el cielo del hemisferio norte. La Tierra sirve como filtro paraayuda a eliminar un fondo confuso de muones creados cuando los rayos cósmicos chocan contra la atmósfera de la Tierra.
"La búsqueda de neutrinos muónicos que llegan al detector a través de la Tierra es la forma en que se suponía que IceCube debía hacer astronomía de neutrinos y ha funcionado", explica Francis Halzen, profesor de física de UW-Madison e investigador principal de IceCube. "Esto estan cerca de la confirmación independiente como se pueda obtener con un instrumento único "
Entre mayo de 2010 y mayo de 2012, IceCube registró más de 35,000 neutrinos. Sin embargo, solo alrededor de 20 de esos eventos de neutrinos se registraron a niveles de energía indicativos de fuentes astrofísicas o cósmicas.
Los resultados son significativos porque, utilizando la técnica diferente, reafirman la capacidad del Observatorio IceCube de muestrear los neutrinos fantasmales. Al instrumentar un kilómetro cúbico de hielo antártico profundo, los científicos pudieron hacer un detector lo suficientemente grande como para capturar la firma delrara colisión de neutrinos. Cuando se produce ese raro choque, se crea un muón, que, a su vez, deja un rastro de luz de Cherenkov que refleja fielmente la trayectoria del neutrino. Las "explosiones sónicas ópticas" creadas cuando los neutrinos chocan contra otra partícula se detectanmediante los sensores ópticos que conforman el conjunto de detectores IceCube y, en teoría, pueden usarse para señalar una fuente.
"Esta es una excelente confirmación de los recientes descubrimientos de IceCube, abriendo las puertas a una nueva era en la física de partículas", dice Vladimir Papitashvili, director del programa de astrofísica y ciencias del geoespacio en la División de Programas Polares de la Fundación Nacional de Ciencias NSF ". Ysolo fue posible debido a las extraordinarias cualidades del hielo antártico y la capacidad de NSF para abordar con éxito enormes problemas científicos y logísticos en los lugares más inhóspitos de la Tierra ".
Pero aunque las nuevas observaciones confirman la existencia de neutrinos astrofísicos y los medios para detectarlos utilizando el Observatorio IceCube, aún no se han identificado fuentes puntuales de neutrinos de alta energía.
Albrecht Karle, profesor de física de la UW-Madison y autor principal de la Cartas de revisión física informe, señala que si bien las pistas inducidas por neutrinos registradas por el detector IceCube tienen una buena resolución de apuntado, en menos de un grado, el equipo de IceCube no ha observado un número significativo de neutrinos que provengan de una sola fuente.
Los neutrinos observados en la última búsqueda, sin embargo, tienen niveles de energía idénticos a los observados cuando el observatorio muestreó el cielo del hemisferio sur. Eso, dice Karle, sugiere que se generan muchas de las fuentes potenciales de los neutrinos de mayor energíamás allá de la Vía Láctea. Si hubiera un número significativo de fuentes en nuestra propia galaxia, señala, el detector IceCube se iluminaría al observar el plano de nuestra galaxia, la región donde probablemente se encontrarían la mayoría de las fuentes generadoras de neutrinos.
"El plano de la galaxia es donde están las estrellas. Es donde se aceleran los rayos cósmicos, por lo que esperaría ver más fuentes allí. Pero los neutrinos de mayor energía que hemos observado provienen de direcciones aleatorias", dice Karle, cuyo ex alumno de posgrado, Chris Weaver, es el autor correspondiente del nuevo estudio. "Es una confirmación sólida de que el descubrimiento de neutrinos cósmicos desde más allá de nuestra galaxia es real".
IceCube tiene su sede en el Centro de Astrofísica de Partículas IceCube de Wisconsin WIPAC en UW-Madison. El observatorio fue construido con el mayor apoyo de la National Science Foundation, así como con el apoyo de agencias de financiación asociadas en todo el mundo. Más de 300 físicos e ingenieros delEstados Unidos, Alemania, Suecia, Bélgica, Suiza, Japón, Canadá, Nueva Zelanda, Australia, Reino Unido, Corea y Dinamarca están involucrados en el proyecto.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Terry Devitt. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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