Cada segundo, 100 billones de neutrinos atraviesan el cuerpo humano.
Los neutrinos son un nombre general para las partículas fundamentales neutras con espín semientero que participan solo en las interacciones débil y gravitacional y pertenecen a la clase de los leptones.En la actualidad, se conocen tres tipos de neutrinos: neutrinos electrónicos, muónicos y tau, así como sus correspondientes antipartículas.
Los neutrinos se producen en muchos procesos, como las reacciones termonucleares en el interior de las estrellas y en las explosiones de supernovas.El problema es que estas partículas son increíblemente difíciles de detectar. para detectarlos.
¿Dónde se encuentran los neutrinos?
La construcción del observatorio de neutrinos IceCube en el Polo Sur se completó oficialmente el 18 de diciembre de 2010.Fue desarrollado para buscar neutrinos cósmicos de alta energía.de los 5.160 sensores ópticos —módulos ópticos digitales (DOM)— colocados por kilómetro cúbicoHielo antártico.
¿Cómo se manifiestan los neutrinos?
Cuando un neutrino interactúa con una molécula de hielo,las partículas cargadas secundarias resultantes emiten luz azul mediante un proceso conocido como radiación Cherenkov. Luego, la luz atraviesa el hielo y puede alcanzar algunos DOM. Como resultado, los investigadores reconstruyen la energía y la dirección de la partícula. Este proceso se basa en el conocimiento de las propiedades ópticas del hielo. Sin embargo, una vez esta manifestación de neutrinos sorprendió mucho a los científicos.
La radiación de Cherenkov es una forma de energía.que se puede observar como un brillo azul causado por las partículas cargadas que forman los átomos (electrones y protones) que se mueven en un determinado entorno a velocidades superiores a la de la luz.
Un fenómeno único
En 2013, los empleados de la colaboración IceCubeobservaron un fenómeno único en el que el brillo observado de la fuente de luz dependía de la dirección de la luz. El efecto se conoce como anisotropía óptica del hielo. Hasta ahora, los investigadores han intentado describir la anisotropía utilizando variaciones en la absorción y dispersión provocadas por impurezas, pero sin éxito.
La anisotropía es la diferencia en las propiedades de un medio en diferentesdirecciones dentro de este entorno; a diferencia de la isotropía. Respecto a algunas propiedades, el medio puede ser isotrópico y, respecto a otras, anisotrópico; el grado de anisotropía también puede variar.
En un nuevo estudio publicadoEn la revista The Cryosphere, el personal de IceCube lo explicó. Resultó que apareció como resultado de las propiedades birrefringentes de los cristales de hielo alargados, que desvían la luz en dos direcciones. En otras palabras, sin birrefringencia, la luz proviene radialmente de una fuente de luz isotrópica y, con doble refracción, se desvía lentamente hacia el eje del "flujo" del hielo.
Ilustración que muestra una tienda recién inaugurada.Efecto óptico: sin birrefringencia (arriba), la luz se emite radialmente desde una fuente de luz isotrópica. Con birrefringencia (abajo), la luz se desvía lentamente hacia el eje de la corriente de hielo.
Crédito: Jack Pairin/Colaboración IceCube
Este descubrimiento se utilizó para crear un nuevoModelo óptico de hielo basado en birrefringencia - SpiceBFR. Se utiliza en el modelado de detectores y ya ha mejorado significativamente la interpretación de los patrones de luz que resultan de la interacción de partículas en el hielo.
20 años de investigación
El modelo óptico de hielo que utiliza la colaboración IceCube se ha desarrollado desde los primeros días del anterior experimento AMANDA.
Experimento AMANDA (Muones y Neutrinos Antárticos)Detector Array) es un conjunto antártico de detectores de muones y neutrinos. Básicamente, se trata de un telescopio de neutrinos ubicado debajo de la estación Amundsen-Scott del Polo Sur. En 2005, después de nueve años de trabajo, AMANDA pasó a formar parte oficialmente de su proyecto sucesor, el Observatorio de Neutrinos IceCube.
Durante más de 20 años, los científicos han añadido nuevos descubrimientos.a la comprensión conocida del hielo, incluida la desaparición de burbujas de aire atrapadas en profundidades muy por encima del detector y que, en profundidades, la capa de hielo del Polo Sur contiene el hielo más puro del planeta.
Para mejorar intentos anteriores de describiranisotropía, los colaboradores estudiaron cuidadosamente este efecto, descubriendo su correlación con el profundo desarrollo de las propiedades de los cristales de hielo. Esto llevó a los científicos a creer que los numerosos pequeños cristales seleccionados al azar que componen el hielo desempeñan un papel en la anisotropía observada.
¿Qué han hecho los científicos?
Para estudiar física, realizaron simulaciones,quien modeló los diferentes caminos que podría tomar la luz dentro del detector. Luego compararon los datos simulados con un gran conjunto de datos de calibración tomados de IceCube.
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El conjunto de datos de calibración de IceCube contienedatos de los 60 000 LED con los que están equipados todos los DOM. Estos, a su vez, emiten sucesivos pulsos de luz en el hielo y luego se utilizan para calibrar las propiedades ópticas del hielo.
¿Qué sigue y por qué es importante?
La comparación de indicadores ayudó a los científicos a tomar decisiones.conclusión sobre la forma y el tamaño promedio de los cristales de hielo dentro del IceCube. Este nuevo e interesante descubrimiento fomenta la creación de nuevas simulaciones y la adaptación de los métodos de reconstrucción actuales para tener en cuenta el modelo SpiceBFR.
El descubrimiento no sólo ayudará a IceCube a mejorarInteracciones de neutrinos reconstruidas. La investigación tiene implicaciones para el campo de la glaciología en su conjunto. Como señalan los autores del nuevo trabajo, las propiedades de los cristales de hielo se estudian, en particular, para comprender la mecánica del flujo del hielo. Estos datos pueden utilizarse luego para predecir el equilibrio de masa antártico y el consiguiente aumento del nivel del mar en un clima cambiante.
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En la portada: radiación de Vavilov-Cerenkov en el refrigerante del reactor de investigación ATR del Laboratorio Nacional de Idaho. Foto: Laboratorio Nacional de Argonne