12 de febrero de 2025
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El neutrino más enérgico jamás visto hace una salpicadura mediterránea
Una «partícula fantasma» descubierta por un detector en el mediterráneo llevado 30 veces más energía que cualquier neutrino observado hasta la fecha
El neutrino cósmico de mayor energía detectado hasta la fecha fue observado por KM3Net, que se encuentra en la parte inferior del mar Mediterráneo cerca de Sicilia, Italia y Provenza, Francia.
Dkosig/Getty Images (elementos de esta ilustración proporcionados por la NASA)
Para los peces que nadan profundamente en un parche particular del mar Mediterráneo frente a la costa de Sicilia en las primeras horas del 13 de febrero de 2023, era una noche como cualquier otra, al menos hasta que un repentino azul es invisible para los ojos humanos, disparado, disparado a través del agua oscura. El evento señaló algo extraordinario: la detección de la partícula más enérgica de su tipo que se ha medido hasta la fecha.
El flash era la tarjeta de presentación de un cósmico neutrinoun pequeño y típicamente moderno «partícula fantasma«, Llamado así por su improbabilidad astronómica de interactuar con el asunto ordinario que constituye nuestro mundo. Un neutrino podría pasar un año luz de plomo ileso. Y cada segundo unos 100 billones de estas partículas (la mayoría de las cuales han sido emitidas por nuestro sol) pasan a través de su cuerpo. Eso los hace difíciles de atrapar—Pero también a los potentes mensajeros de los procesos astrofísicos ocluidos en el trabajo en los corazones opacos de las estrellas y los núcleos de galaxias oscurecidos por el polvo.
El descubrimiento y la caracterización de este provienen de una colaboración predominantemente europea doblada KM3NET, un telescopio de neutrinos en expansión Eso todavía está en construcción y que, una vez completamente construido, usará aproximadamente un kilómetro cúbico de agua de mar Mediterránea con instrumentos como base de sus dos detectores distintos. Sin embargo, incluso en su estado incompleto, el proyecto ha entregado un resultado sorprendente: un neutrino que probablemente proviene de más allá de la galaxia y que contiene un poder sin precedentes.
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«Está en una región de energía completamente inexplorada, 30 veces más alta que cualquier observación previa de neutrinos», dijo Paschal Coyle, físico de neutrinos en el Centro Nacional de Investigación Científica de Francia y miembro del equipo de KM3Net, durante una conferencia de prensa sobre la conferencia de prensa Investigación que se realizó el martes.
Módulos ópticos digitales de tres km3net (DOM). Cada módulo consta de dos esferas medias de vidrio llenas con todos los electrónicos necesarios, energía y 31 tubos fotomultiplicadores sensibles a la luz (PMT).
Durk Gardenier/Alamy Stock Photo
De los dos detectores de KM3Net, uno está dedicado a neutrinos atmosféricos más mundanos. El otro, apodado Arca, se encuentra a menos de 3,5 kilómetros de agua en la costa de Sicilia y está diseñado para detectar neutrinos astrofísicos observando los escombros de sus raras interacciones con las moléculas de agua.
«Estas cosas tienen tanta energía, golpean tanto, que obtienes este enorme enorme enorme de partículas», dice Kate Scholberg, física de la Universidad de Duke, que estudia neutrinos pero no participó en la nueva investigación. “No interactúa mucho, pero cuando lo hace, hace un chapoteo gigantesco y espectacular de todo tipo de partículas que se rocían en todas partes. Y es la luz de esas partículas que ves «.
Cuando el golpe de neutrinos recién descubierto, ARCA estaba observando con solo 21 de sus 230 líneas de detección planificadas. El neutrino atacó en una molécula de agua fuera del detector, creando una explosión de partículas, incluida una Muón de alta energía—Un tipo de partícula subatómica que es similar a un electrón pero 200 veces más pesado. Ese Muón creó sus propios escombros fragmentarios, provocando una onda de fotones azul pálido revelado denominado radiación de Cherenkov que pasó sobre los instrumentos de Arca. Al analizar esa luz, los físicos pudieron reconstruir la ruta submarina del muón, estimar la energía del neutrino original y identificar sus orígenes a una región particular del espacio.
Dos visualizaciones muestran detectores que responden a los fotones generados a lo largo del camino de un muón de alta energía observado en febrero de 2023 por el detector KM3Net en la costa de Sicilia. A la izquierda hay una vista lateral del evento; A la derecha hay una vista de pájaro.
Los investigadores estiman que la energía del neutrino estaba del orden de 220 PETA Electron Volts, más de 30 veces más alto que el neutrino más enérgico detectado antes de las nuevas observaciones. Para ayudar a las personas a conceptualizarlo durante la conferencia de prensa, Aart Heijboer, físico del Instituto Nacional de Física Subatómica de Nikhef en los Países Bajos y coautor de la nueva investigación, ofreció la imagen de una pelota de ping-pong de aproximadamente un metro La gravedad de la tierra. El neutrino recién detectado se mantuvo sobre tanta energía empaquetada en una sola partícula subatómica, dijo. O se puede compararlo con los aceleradores de partículas más feroz que los científicos han construido: «Esto es aproximadamente 1,000 veces más enérgico que cualquier cosa que pudiéramos producir en la Tierra», dice Bryan Ramson, un físico de neutrinos en el Laboratorio de Acelerador Nacional de Fermi en Illinois, que no era involucrado en la nueva investigación.
La detección es tentadora, pero también plantea más preguntas de las que responde. KM3Net está uniendo un telescopio de neutrinos de larga duración llamado ICecube que ha estado recopilando datos de cerca del Polo Sur desde 2011. ICECube fue diseñado para atrapar este tipo de neutrinos de alta energía con la misma eficacia como KM3NET, pero es Observación actual de retención de registros Llevó solo una trigésima de la energía del nuevo hallazgo de KM3NET, que ha levantado las cejas entre algunos expertos.
“Mi primera impresión es que esto es muy inesperado. ¿Y cómo puede ser esto posible sin que IceCube haya visto algo? [similar] ¿antes?» dice Ignacio Taboada, físico del Instituto de Tecnología de Georgia y portavoz actual de la colaboración de Icecube.
Además, los científicos de KM3Net no pudieron fijar su neutrino de alta energía a una fuente particular. Los investigadores escanearon el pequeño parche de cielo desde el cual probablemente llegó el neutrino, pero no vieron ninguna pistola de fumar, como un tipo de núcleo galáctico activo Llamado Blazar, un sospechoso inmediato de travesuras celestiales que los científicos esperan podrían crear una partícula tan poderosa. Eso podría significar que el neutrino puede haber venido de un rayo cósmico superspedado que se alzaba de un fotón de luz de fondo extragaláctica o de la fondo de microondas cósmicoargumentan los investigadores.
“Este evento es extraño; Creo que es una buena comida para llevar «.
Tales posibilidades esotéricas hacen que el estudio de neutrinos astrofísicos sea verticalmente complicado, pero también son una parte importante de por qué los científicos se sienten atraídos por estudiarlos en primer lugar. La mayoría de las observaciones astronómicas permanecen atados a los fotones, los fotones se pueden bloquear fácilmente. Por el contrario, la naturaleza fantasmal de los neutrinos significa que viajan sin obstáculos en línea recta a través de grandes distancias, ofreciendo una lente diferente en el universo que incluso mira hacia atrás sus primeros días. Con Light, «hay un límite en qué tan lejos puedes ver», dice Ramson, a saber, la niebla fotónica del fondo de microondas cósmico, emitió unos 380,000 años después del Big Bang. «Los neutrinos son una forma en que puedes perforar ese velo y mirar más atrás que nunca».
Si los científicos están al borde de la perforación de esa velo depende de si KM3NET continúa haciendo observaciones impresionantes como la detección de 2023 y si IceCube puede igualarlo después de pasar tanto tiempo sin avistamientos de tales partículas de alta energía. En este momento, la aparente discordia en los avistamientos de los detectores es confuso, por decir lo menos. “Podrían haber tenido suerte; Es difícil saberlo «, dice Scholberg. «Es muy intrigante, y claramente significa que necesitamos más datos».
Taboada está de acuerdo en que la detección en la mano es tentadora, pero que los científicos de neutrinos necesitan más observaciones para saber cómo interpretar la captura de KM3NET. «Si fuera un neutrino astrofísico, sería monumental», dice Taboada. Pero quiere ver más. “Este evento es extraño; Creo que es una buena comida para llevar «, dice. «Es inesperado, más o menos la forma en que lo miras».