Ciencia Kanija

En ausencia de un agujero de 6 000 kilómetros de profundidad para llevar a cabo observaciones, los científicos que esperan aprender cosas sobre la estructura interna de la Tierra tienen actualmente pocas opciones aparte de monitorizar las ondas sísmicas. Sin embargo, esta técnica, que confía en los modelos de cómo las ondas se ven afectadas por las propiedades de las rocas, es indirecta y potencialmente poco fiable. Un método verdaderamente directo, sugerido por investigadores de España, Japón y Estados Unidos, podría ser monitorizar la proporción de neutrinos atmosféricos que son absorbidos al pasar a través de la Tierra.

Los neutrinos pueden ser detectados por el telescopio IceCube cuando interactúan con los núcleos atómicos y producen muones, que generan radiación Cerenkov. (Crédito: Ceren Hires/NSF)

Esta no es la primera vez que los neutrinos atmosféricos, que se producen cuando los rayos cósmicos colisionan con un núcleo atómico de la atmósfera superior, han sido propuestos para estudiar la estructura de la Tierra. Aunque estas partículas sin carga y prácticamente sin masa pasan a través de la Tierra sin impedimento cuando tienen poca energía, a energías superiores a 10 TeV (10¹³ eV) muy ocasionalmente son absorbidas.

Dado que esta absorción depende de la densidad del medio por el que viaja el neutrino, a través de una porción de la Tierra cerca de la superficie, por ejemplo, sería menos probable que fuese absorbido que otro que viajase a través del núcleo denso. Por tanto recontando cuantos neutrinos pasan a través de distintas capas, debería ser posible ver dónde están las transiciones entre el núcleo y el manto interno, o entre otras capas estructurales.

Sin embargo, los científicos descartaron en su mayoría la idea de usar neutrinos atmosféricos para estudiar la estructura de la Tierra, dado que mayormente tienen lugar a baja energía. Aunque habían esperado que neutrinos cósmicos de alta energía generados por supernovas y otras fuentes astrofísicas estuviesen disponibles, las observaciones del telescopio de neutrinos AMANDA en el Antártico ha mostrado que tales fuentes son demasiado raras.

Ahora, Concepción González-García de la Universidad de Barcelona en España y sus colegas dicen que los neutrinos atmosféricos pueden haber sido descartados con demasiada celeridad. Sus cálculos muestran que, aunque la proporción de neutrinos atmosféricos por encima del criterio de absorción de 10 TeV son pocos, el escaso número podría ser suficiente (arXiv:0711.0745). “Sería mejor tener un rayo localizado que uno disperso, pero el punto es que no existe tal rayo localizado en la naturaleza que sea lo bastante intenso”, dijo González-García a physicsworld.com.

Observación fría

Wl telescopio IceCube en el Polo Sur. (Crédito: NSF)

Sin embargo, no cualquier detector de neutrinos es apto para este trabajo. Los investigadores creen que un número suficiente de neutrinos atmosféricos podría ser detectado sólo usando un sucesor de AMANDA, conocido como IceCube — una red de aproximadamente 70 sensores de luz enterrados a dos kilómetros de profundidad en el hielo antártico.

Los neutrinos que pasan a través del hielo ocasionalmente tendrán una posibilidad de interactuar con núcleos atómicos y producir una partícula subatómica llamada muón, la cual viaja a altas velocidades produciendo la llamada radiación de Cerenkov. Cuando esta radiación alcanza uno de los sensores de luz de IceCube, este registra la presencia de un neutrino.

Para calcular el número de neutrinos atmosféricos que podrían registrarse de esta forma, el grupo de González-García integró el área de IceCube y la multiplicó por el flujo de neutrinos atmosféricos producidos en un lado de la Tierra dado por un modelo teórico. Entonces tuvieron que reducir el valor para permitir varios factores atenuantes: la variación en la densidad de la Tierra, la dispersión inelástica, y la posibilidad de oscilación — es decir, la fluctuación en tipo o “sabor” de un neutrino a lo largo de grandes distancias.

Los investigadores estiman que aproximadamente 1000 neutrinos tendrían que detectarse para observar la transición del núcleo de la Tierra al manto con una precisión del 99%. Dado que IceCube tiene ya instalados 13 de los 70 sensores y que no estará completo hasta antes de 2010, esta observación podría necesitar entre 4 años y una década.

Aunque esto parece mucho tiempo para una información que ya ha sido revelada por las medidas sísmicas, el grupo de González-García apunta en su artículo que tales medidas dependen demasiado de modelos que no han sido verificados por métodos independientes. “El tema de las observaciones directas usando un método alternativo tiene sentido”, dijo.

Esta entrada fue escrita el Sábado, 1 de diciembre de 2007 a las 2:25 pm y archivada en Ciencias de la Tierra, Fí­sica. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web.