Bajo el monte Ikeno, Japón, en una antigua mina que se encuentra a mil metros (3,300 pies) debajo de la superficie, se encuentra el Observatorio Super-Kamiokande (SKO). Desde 1996, cuando comenzó a realizar observaciones, los investigadores han estado utilizando el detector Cherenkov de esta instalación para buscar signos de descomposición de protones y neutrinos en nuestra galaxia. Esta no es una tarea fácil, ya que los neutrinos son muy difíciles de detectar.
Pero gracias a un nuevo sistema informático que podrá monitorear neutrinos en tiempo real, los investigadores del SKO podrán investigar estas partículas misteriosas más de cerca en el futuro cercano. Al hacerlo, esperan entender cómo se forman las estrellas y eventualmente colapsar en agujeros negros, y echar un vistazo a cómo se creó la materia en el Universo temprano.
Los neutrinos, en pocas palabras, son una de las partículas fundamentales que forman el Universo. En comparación con otras partículas fundamentales, tienen muy poca masa, sin carga, y solo interactúan con otros tipos de partículas a través de la fuerza nuclear débil y la gravedad. Se crean de varias maneras, especialmente a través de la desintegración radiactiva, las reacciones nucleares que alimentan a una estrella y en las supernovas.
De acuerdo con el modelo estándar de Big Bang, los neutrinos que quedan de la creación del Universo son las partículas más abundantes que existen. En cualquier momento, se cree que billones de estas partículas se mueven a nuestro alrededor y a través de nosotros. Pero debido a la forma en que interactúan con la materia (es decir, solo débilmente) son extremadamente difíciles de detectar.
Por esta razón, los observatorios de neutrinos se construyen bajo tierra para evitar la interferencia de los rayos cósmicos. También dependen de los detectores Cherenkov, que son esencialmente tanques de agua masivos que tienen miles de sensores que recubren sus paredes. Intentan detectar partículas a medida que se reducen a la velocidad local de la luz (es decir, la velocidad de la luz en el agua), que se hace evidente por la presencia de un resplandor, conocido como radiación de Cherenkov.
El detector en el SKO es actualmente el más grande del mundo. Consiste en un tanque cilíndrico de acero inoxidable que mide 41.4 m (136 pies) de alto y 39.3 m (129 pies) de diámetro, y contiene más de 45,000 toneladas métricas (50,000 toneladas estadounidenses) de agua ultra pura. En el interior, se montan 11.146 tubos fotomultiplicadores, que detectan la luz en los rangos ultravioleta, visible e infrarrojo cercano del espectro electromagnético con extrema sensibilidad.
Durante años, los investigadores del SKO han utilizado la instalación para examinar neutrinos solares, neutrinos atmosféricos y neutrinos artificiales. Sin embargo, aquellos que son creados por supernovas son muy difíciles de detectar, ya que aparecen repentinamente y son difíciles de distinguir de otros tipos. Sin embargo, con el sistema informático recientemente agregado, los investigadores de Super Komiokande esperan que eso cambie.
Como explicó Luis Labarga, físico de la Universidad Autónoma de Madrid (España) y miembro de la colaboración, en una declaración reciente al Servicio de Noticias Científicas (SINC):
“Las explosiones de supernova son uno de los fenómenos más energéticos del universo y la mayor parte de esta energía se libera en forma de neutrinos. Por eso, detectar y analizar los neutrinos emitidos en estos casos, distintos de los del Sol u otras fuentes, es muy importante para comprender los mecanismos en la formación de estrellas de neutrones, un tipo de remanente estelar, y agujeros negros ".
Básicamente, el nuevo sistema informático está diseñado para analizar los eventos registrados en las profundidades del observatorio en tiempo real. Si detecta flujos anormalmente grandes de neutrinos, alertará rápidamente a los expertos que manejan los controles. Luego podrán evaluar la importancia de la señal en cuestión de minutos y ver si realmente proviene de una supernova cercana.
"Durante las explosiones de supernova se genera una enorme cantidad de neutrinos en un espacio de tiempo extremadamente pequeño, unos pocos segundos, y es por eso que debemos estar listos", agregó Labarga. "Esto nos permite investigar las propiedades fundamentales de estas partículas fascinantes, como sus interacciones, su jerarquía y el valor absoluto de su masa, su vida media y seguramente otras propiedades que aún no podemos imaginar".
Igualmente importante es el hecho de que este sistema le dará al SKO la capacidad de emitir alertas tempranas a los centros de investigación de todo el mundo. Los observatorios terrestres, donde los astrónomos desean observar la creación de neutrinos cósmicos por supernova, podrán apuntar todos sus instrumentos ópticos hacia la fuente de antemano (ya que la señal electromagnética tardará más en llegar).
A través de este esfuerzo de colaboración, los astrofísicos pueden comprender mejor algunos de los neutrinos más evasivos de todos. Discernir cómo estas partículas fundamentales interactúan con los demás podría llevarnos un paso más cerca de una Gran Teoría Unificada, uno de los objetivos principales del Observatorio Super-Kamiokande.
Hasta la fecha, solo existen unos pocos detectores de neutrinos en el mundo. Estos incluyen el detector Irvine-Michigan-Brookhaven (IMB) en Ohio, el Observatorio Subdury Neutrino (SNOLAB) en Ontario, Canadá, y el Observatorio Super Kamiokande en Japón.
