Por primera vez, un experimento científico ha medido la capacidad de la Tierra para absorber neutrinos, las partículas más pequeñas que un átomo que se amplían en el espacio y a través de nosotros por billones cada segundo a casi la velocidad de la luz. El experimento fuelogrado con el detector IceCube, una serie de 5.160 sensores del tamaño de una pelota de baloncesto congelados en un kilómetro cúbico de hielo muy claro cerca del Polo Sur. Los resultados de este experimento realizado por la colaboración IceCube, que incluye a los físicos de Penn State, se publicarán en eledición en línea de la revista Naturaleza el 22 de noviembre de 2017.
"Este logro es importante porque muestra, por primera vez, que los neutrinos de muy alta energía pueden ser absorbidos por algo, en este caso, la Tierra", dijo Doug Cowen, profesor de física y astronomía y astrofísica enPenn State. Las primeras detecciones de neutrinos de energía extremadamente alta fueron hechas por IceCube en 2013, pero quedaba un misterio sobre si algún tipo de materia realmente podría detener el viaje de un neutrino por el espacio ". Sabíamos que los neutrinos de baja energía pasan a través de solosobre cualquier cosa ", dijo Cowen," pero aunque habíamos esperado que los neutrinos de mayor energía fueran diferentes, ningún experimento previo había podido demostrar de manera convincente que nada podría detener los neutrinos de mayor energía ".
Los resultados en el Naturaleza el trabajo se basa en datos de un año de aproximadamente 10.800 interacciones relacionadas con los neutrinos. Cowen y Tyler Anderson, profesor asistente de investigación de física en Penn State, son miembros de la colaboración IceCube. Son coautores de la Naturaleza papel que ayudó a construir el detector IceCube y está contribuyendo a su mantenimiento y gestión.
Este nuevo descubrimiento con IceCube es una adición emocionante a nuestra comprensión cada vez más profunda de cómo funciona el universo. También es un poco decepcionante para aquellos que esperan un experimento que revelará algo que no puede ser explicado por el Modelo Estándar actualde Física de Partículas. "Los resultados de este estudio de Ice Cube son totalmente consistentes con el Modelo Estándar de Física de Partículas, la teoría reinante de que durante el último medio siglo ha descrito todas las fuerzas físicas en el universo, excepto la gravedad", dijo Cowen.
Los neutrinos se formaron por primera vez al comienzo del universo, y continúan siendo producidos por estrellas en todo el espacio y por reactores nucleares en la Tierra. "Comprender cómo interactúan los neutrinos es clave para la operación de IceCube", explicó Francis Halzen, investigador principalpara el Observatorio de Neutrinos IceCube y un profesor de física de la Universidad de Wisconsin-Madison. "Por supuesto, esperábamos que apareciera una nueva física, pero desafortunadamente encontramos que el Modelo Estándar, como siempre, resiste la prueba", dijo Halzen.
Los sensores de IceCube no observan directamente los neutrinos, sino que miden destellos de luz azul, conocidos como radiación de Cherenkov, emitidos después de una serie de interacciones que involucran partículas cargadas de movimiento rápido que se crean cuando los neutrinos interactúan con el hielo. Al medir los patrones de luzA partir de estas interacciones dentro o cerca de la matriz de detectores, IceCube puede estimar las energías y direcciones de viaje de los neutrinos. Los científicos descubrieron que los neutrinos que tenían que viajar más lejos a través de la Tierra tenían menos probabilidades de llegar al detector.
La mayoría de los neutrinos seleccionados para este estudio eran más de un millón de veces más enérgicos que los neutrinos producidos por fuentes más familiares, como el Sol o las plantas de energía nuclear. El análisis también incluyó una pequeña cantidad de neutrinos astrofísicos, que se producen en el exteriorla atmósfera de la Tierra, desde aceleradores cósmicos no identificados hasta la fecha, quizás asociados con agujeros negros supermasivos.
"Los neutrinos tienen una reputación bien merecida de sorprendernos con su comportamiento", dice Darren Grant, portavoz de IceCube Collaboration, profesor de física en la Universidad de Alberta en Canadá, y ex erudito postdoctoral en Penn State."Es increíblemente emocionante ver esta primera medición y el potencial que tiene para futuras pruebas de precisión".
Además de proporcionar la primera medición de la absorción de neutrinos en la Tierra, el análisis muestra que el alcance científico de IceCube se extiende más allá de su enfoque central en los descubrimientos de física de partículas y el campo emergente de la astronomía de neutrinos en los campos de la ciencia planetaria y la física nuclear.El análisis también es de interés para los geofísicos que desean utilizar neutrinos para obtener imágenes del interior de la Tierra a fin de explorar el límite entre el núcleo sólido interno de la Tierra y su núcleo externo líquido.
"IceCube fue construido para explorar las fronteras de la física y, al hacerlo, posiblemente desafiar las percepciones existentes de la naturaleza del universo. Este nuevo hallazgo y otros por venir están en esa juerga de descubrimiento científico", dijo James Whitmore,director del programa en la división de física de la National Science Foundation. Los físicos ahora esperan repetir el estudio utilizando un análisis expandido de varios años de los datos del conjunto completo IceCube de 86 cuerdas, y observar rangos más altos de energías de neutrinos para cualquier pista de nueva física más alláel modelo estándar
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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