Thread by @BTeseracto

Dicen que un neutrino puede atravesar más de un año luz de plomo sin enterarse siquiera que estaba ahí. Entonces, ¿cómo se puede detectar algo tan sigiloso? Para hacerlo tenemos que ser más inteligentes que el plomo. Hoy te contaremos cómo.

Fue en 1930 cuando Wolfgang Pauli tuvo que escoger entre dos males, o bien la energía no se conservaba en la desintegración de los neutrones en protones y electrones, o bien ahí faltaba una partícula. Ante la duda, la conservación de la energía siempre gana.

La solución que planteó, con todo su pesar, fue el neutrino, una partícula sin carga eléctrica e indetectable. Lo que para él fue un dilema: estaba aventurando una partícula cuya existencia no podía probar… Si pudiese ver todo lo que se está proponiendo hoy en día…

Los neutrinos apenas interactúan con nada, se estima que un año luz de plomo apenas pararía a la mitad de los neutrinos que lo intentaran atravesar. Sabiendo esto, hacen falta detectores que tengan esta particularidad en cuenta.

Antes de nada, necesitamos un detector que esté aislado, en la medida de lo posible, de las fuentes de ruido que pueden dar medidas falsas como pueden ser partículas producidas por rayos cósmicos.

Para salvar esta situación, los detectores de neutrinos se sitúan bajo Tierra a un kilómetro de profundidad o directamente bajo el hielo del polo Sur.

Después necesitamos tener alguna posibilidad de que los neutrinos interactúen con nuestro detector. Para esto tenemos algo a favor, y es que nos llegan muchísimos, así que se utilizan grandes volúmenes de agua o hielo para que alguno de todos ellos se haga notar.

Pero, si no se pueden hallar de forma directa, ¿cómo hacemos los detectores para encontrar estas esquivas partículas? Simple, esperamos que choquen con alguno de los átomos preparados para que esa reacción produzca otras partículas que sí podemos detectar.

Por eso las instalaciones dedicadas a la búsqueda de neutrinos no son precisamente pequeñas, se tiene la esperanza de que unos pocos, de la vasta cantidad de neutrinos que continuamente atraviesan los detectores, interactúen.

Vale, ya tenemos un detector enorme situado en las profundidades de la Tierra. Pero ¿Qué pasa cuando el neutrino choca con el agua? Pues que en la reacción que se producirá, aparecerán electrones o muones. Dependiendo del tipo de neutrino que colisione.

Sucederá que estas partículas creadas se moverán más rápido que la luz en ese medio, que no más rápido que la luz en el vacío, lo que producirá radiación de Cherenkov. La idea es que alrededor de todo este volumen de agua o hielo haya fotomultiplicadores capaces de detectarla.

Con todo esto en mente, queremos hablar de dos detectores concretos: el Super-Kamiokande de Japón y el IceCube del polo Sur. Empecemos por el detector japones.

El Kamiokande fue construido para intentar medir el decaimiento de los protones. Es decir, intentar determinar si son inestables. Cuando se cansaron de esperar a que esto sucediese, actualizaron el detector para construir el Super-Kamiokande para la detección de neutrinos.

Este detector consiste en una estructura cilíndrica de 40 metros de alto y otros 40 de ancho, rellena por 50000 toneladas de agua y 11000 tubos fotomultiplicadores, y todo eso a un kilómetro bajo tierra.

Cuando un neutrino interacciona con alguno de los electrones de los átomos de agua, se forman nuevas partículas. Partículas que emitirán radiación de Cherenkov que registrarán los fotomultiplicadores.

Estas interacciones son muy escasas, recordemos lo del año luz de plomo. Por eso es necesario tener 50000 toneladas de agua, para que alguno de la ingente cantidad de neutrinos que llegan interactúe.

Por otra parte, tenemos el IceCube, que se encuentra en el polo Sur. Este detector funciona con hielo, cosa bastante abundante de momento en este lugar del planeta. Consta de pilares de millares de fotomultiplicadores que llegan a una profundidad de entre 1,5 y 2,5 kilómetros.

Existen más detectores alrededor del mundo, cada uno con el objetivo de detectar diferentes tipos de neutrinos con diferentes energías cada uno. Es decir, neutrinos procedentes de diferentes lugares.

Esto da pie a la llamada astronomía de neutrinos, puesto que pueden proceder de lugares como las reacciones de fusión nuclear en los núcleos estelares hasta del fondo cósmico de microondas.

Determinar su dirección y energía nos da información muy valiosa a la hora de entender qué sucede en estos lugares y momentos.