Famosamente, los neutrinos, las partículas casi sin masa que son un componente fundamental del universo, pueden atravesar un millón de millas de plomo sin perder el ritmo.
Ahora, en una medición crítica que algún día puede ayudar a predecir una nueva física más allá del Modelo Estándar de física de partículas, el modelo que busca explicar las fuerzas fundamentales del universo, un equipo internacional de investigadores con el Observatorio de Neutrinos IceCube tienese muestra cómo los neutrinos energizados pueden detenerse en frío a medida que pasan a través de la Tierra.
La nueva medición se informa en el diario Naturaleza por IceCube Collaboration, un consorcio internacional de científicos que utiliza el observatorio para explorar el neutrino y lo que nos puede decir sobre la materia y la naturaleza del universo.
Los neutrinos se encuentran entre las partículas más abundantes en el cosmos. Casi sin masa ni carga, rara vez interactúan con la materia. Decenas de billones de neutrinos atraviesan nuestros cuerpos cada segundo.
Sin embargo, de vez en cuando, los neutrinos de alta energía interactúan con protones o neutrones y son absorbidos. La teoría predice que a altas energías, más altas que las que puede generar cualquier acelerador de partículas terrestres, se puede esperar que los neutrinos interactúen conimporta y ser absorbido en la Tierra en lugar de continuar transitando el cosmos.
"Siempre decimos que ninguna partícula sino el neutrino puede atravesar la Tierra", explica Francis Halzen, profesor de física de la Universidad de Wisconsin-Madison e investigador principal de IceCube. "Sin embargo, el neutrino tiene una pequeña probabilidad de interactuar,y esta probabilidad aumenta con la energía "
Esa probabilidad, agrega Halzen, es lo que los científicos llaman la sección transversal de neutrinos.
La nueva medición determina la sección transversal para las energías de neutrinos entre 6.3 TeV y 980 TeV, niveles de energía más de un orden de magnitud más altos que las mediciones anteriores. Un TeV o teraelectronvolt es la energía de la circulación de un protón en el Tevatron, un ahoraacelerador de partículas en Fermilab, que una vez impulsó protones alrededor de la circunferencia de cuatro millas del anillo del acelerador a casi la velocidad de la luz. Los neutrinos más enérgicos estudiados hasta ahora de los aceleradores terrestres están en el nivel de energía 0.4 TeV.
La captura de neutrinos en el acto de ser absorbidos mientras chocan con otras partículas en la naturaleza requiere un detector masivo como el IceCube Observatory de la National Science Foundation, una serie de 5.160 detectores del tamaño de una pelota de baloncesto incrustados en un kilómetro cúbico de hielo cristalinouna milla debajo del Polo Sur geográfico. IceCube no ve neutrinos directamente, pero detecta y registra una fuga fugaz de radiación de Cherenkov, un rayo de luz azul, que se produce cuando el neutrino ocasional se estrella contra otra partícula.
Analizando un año de datos de IceCube reunidos entre mayo de 2010 y mayo de 2011, la colaboración puso 10.800 interacciones de neutrinos bajo el microscopio, prestando la mayor atención a los neutrinos más enérgicos que recorren la Tierra desde todas las direcciones. Los neutrinos se generan en una variedad de fenómenos., que van desde el sol y los reactores nucleares hasta los cúmulos de galaxias y la atmósfera de la Tierra a medida que los rayos cósmicos interactúan con el nitrógeno y el oxígeno.
El nuevo estudio analizó principalmente los neutrinos creados cuando los rayos cósmicos de alta energía chocan contra los núcleos de nitrógeno u oxígeno en la atmósfera de la Tierra. Esas colisiones producen una cascada de partículas subatómicas que pueden generar neutrinos. La muestra también incluyó un número menor de neutrinosprobablemente creado en aceleradores cósmicos aún por identificar, como los agujeros negros.
El equipo de IceCube descubrió que menos de los neutrinos más enérgicos llegaban al detector desde el hemisferio norte, donde las partículas tendrían que transitar por toda la Tierra, incluido el núcleo denso de nuestro planeta, antes de llegar a los sensores IceCube.menos obstruidas, cerca de las trayectorias horizontales, se detectaron más neutrinos.
La nueva medición IceCube se ajusta al Modelo estándar de física de partículas, que es la teoría de trabajo que ayuda a explicar las fuerzas fundamentales que actúan en el universo, así como las propiedades y comportamientos de la familia de partículas, incluidos los neutrinos, que conformantodo importa.
"En ausencia de una nueva física, el Modelo Estándar nos permite calcular la sección transversal del neutrino-protón en las energías sondeadas por IceCube", señala Halzen. "Lo que medimos es consistente, hasta ahora, con lo que esesperado. Por supuesto, esperábamos que apareciera alguna física nueva, pero desafortunadamente encontramos que el Modelo Estándar, como siempre, resiste la prueba ".
Sin embargo, agrega Halzen, la ventaja de IceCube es su capacidad para medir los neutrinos de mayor energía, que se producen en aceleradores cósmicos: agujeros negros supermasivos, los corazones violentos de las galaxias formadoras de estrellas y los cúmulos de galaxias que no tienen aceleradoren la Tierra puede coincidir
Si, por ejemplo, los datos de IceCube albergan evidencia de neutrinos con secciones transversales mayores que lo que los científicos han calculado utilizando el Modelo Estándar, podría invocar una nueva física, como dimensiones espaciales compactas y ocultas.
"Mi ejemplo favorito de nueva física es que puede haber más de tres dimensiones espaciales", dice Halzen. "Puede organizar la teoría para que no seamos conscientes de las dimensiones adicionales, pero 100 neutrinos TeV serían, y eso aumentaría su sección transversal más allá de lo que calculamos en el Modelo estándar "
El nuevo estudio también sugiere que el detector IceCube podría extender su alcance científico más allá del ámbito de la astrofísica a la geociencia. Con tamaños de muestra más grandes, los geofísicos pueden usar neutrinos para obtener imágenes del interior de la Tierra.
Halzen dice que el equipo de IceCube está comenzando a trabajar a través de años de datos acumulados del observatorio basado en la Antártida. "Tenemos más de siete años de datos en la lata con el detector completo; por lo tanto, entregaremos una información mucho más precisamedición en el futuro "
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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