Físicos usan un laboratorio subterráneo para detectar raras partículas

Detector borexino

Usando un delicado instrumento situado bajo una montaña de Italia central, dos físicos de la Universidad de Massachusetts Amherst están midiendo algunas de las partículas más raras y tenues jamás detectadas, los geoneutrinos, con la mayor precisión jamás conseguida. Los datos revelan, por primera vez, una señal bien definida por encima del ruido de fondo, de la extremadamente extraña partícula geoneutrino, procedente de las profundidades de la Tierra.

Patrocinados por la Fundación Nacional de Ciencia, los investigadores de UMass Amherst Laura Cadonati y Andrea Pocar son parte del equipo internacional Borexino cuyos resultados están disponibles en la actual edición on-line de la revista Physics Letters B.

Los geoneutrinos y antineutrinos se producen en los decaimientos radiactivos del uranio, torio, potasio y rubidio encontrados en antiguas rocas en las profundidades de nuestro planeta. Estos decaimientos se cree que contribuyen en un factor significativo, pero desconocido, al calor generado en el interior de la Tierra, donde este calor influye sobre la actividad volcánica y los movimientos de las placas tectónicas, por ejemplo. Borexino, el gran detector de neutrinos, sirve como una ventana a las profundidades del núcleo de la Tierra e informa de la estructura del planeta.

Borexino está situado en el laboratorio subterráneo de física Laboratorio Nacional del Gran Sasso en un túnel de 10 kilómetros de largo a aproximadamente 1,5 km bajo el Gran Sasso, en los Apeninos y manejado por el Instituto de Física Nuclear de Italia. El instrumento detecta antineutrinos y otras partículas subatómicas que interactúan en su especial centro líquido, una esfera de 300 toneladas de fluido centelleante rodeado por un fino globo de nailon transparente de 8 metros y medio de diámetro. Todo esto “flota” dentro de otras 700 toneladas de fluido tampón en un tanque de acero inoxidable de 13,7 metros de diámetro inmerso en agua ultra-purificada. El fluido tampón hace de escudo al centelleador de la radiación de las capas externas del detector y sus alrededores.

El fluido centelleante se llama así debido a que cuando los neutrinos pasan a través del mismo, liberan su energía en forma de pequeños destellos de luz. Los neutrinos y sus antipartículas, llamadas antineutrinos, no tienen carga eléctrica y su masa es minúscula. Excepto por la gravedad, sólo interactúan con la materia a través de la fuerza nuclear débil, lo cual hace que su detección sea extremadamente rara y difícil, dado que los neutrinos no “sienten” las otras dos fuerzas de la naturaleza, la electromagnética y la fuerza nuclear fuerte.

Borexino es uno del puñado de tales detectores subterráneos en el mundo y está mantenido por instituciones de Italia, Estados Unidos, Alemania, Rusia, Polonia y Francia. Diseñado para observar y estudiar los neutrinos producidos en el interior del Sol, ha resultado ser uno de los observatorios más efectivos de su tipo en el mundo, con 100 veces menos ruido de fondo, en parte debido a la purificación del cetelleador extremadamente efectiva y al uso de materiales de construcción libres de radiación.

Borexino no es el primer instrumento en buscar geoneutrinos. En 2005, una colaboración japonesa-estadounidense dirigió un detector similar en Japón que fue capaz de identificar algunas de estas raras partículas. Pero esas medidas se vieron afectadas por el ruido radiactivo de fondo, y los antineutrinos emitidos procedían de varios reactores nucleares que funcionan en Japón.

Por contra, los nuevos datos de Borexino tienen un mayor significado debido a su pureza y a la ausencia de reactores nucleares. Como explica Pocar: “El detector Borexino está muy limpio y tiene niveles más bajos de impurezas radiactivas que ningún experimento de este tipo anteriormente. Es realmente un aparato muy “tranquilo” para la observación de neutrinos de baja energía, y excepcionalmente preciso para distinguir estas partículas por su origen, ya sea solar, terrestre o humano”. Italia no tiene plantas de energía nuclear, añade.

El pequeño número de antineutrinos detectados en Borexino, sólo un par de ellos al mes, ayuda a zanjar la vieja cuestión entre geofísicos y geólogos sobre si nuestro planeta alberga un enorme reactor nuclear natural en su núcleo. Basándose en los datos con una claridad sin precedentes de geo-antineutrinos, la respuesta es no, dice el físico de UMass Amherst. “Esta es una información completamente nueva que estamos recibiendo desde el núcleo de la Tierra procedente del estudio de los geoneutrinos”, explica Cadonati. “Nuestros datos son emocionantes debido a que abren una nueva frontera. Se necesita más trabajo para una comprensión detallada del interior de la Tierra y la fuente de su calor, con nuevos detectores de geoneutrinos sobre la corteza continental y oceánica”.

En el futuro, los investigadores internacionales espera que observaciones similares de detectores en Canadá, Japón y Borexino en Italia puedan coordinarse para mejorar la detección y análisis.


Autor: Janet Lathrop
Fecha Original: 25 de marzo de 2010
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Comments (2)

  1. talves los geoneutrinos vengan del sol interior de la tierra. los tierraguecanos tenian razon XD.

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