IceCube

IceCube es un telescopio de neutrinos actualmente bajo construcción en el Polo Sur. Al igual que su precursor, Antarctic Muon And Neutrino Detector Array o (AMANDA), IceCube está siendo construido en las profundidades del hielo antártico por medio del despliegue de millares de sensores ópticos (fotomultiplicadores) en las profundidades entre 1.450 y 2.450 metros. Los sensores son desplegados en “cuerdas” de sesenta módulos cada una, dentro de hoyos fundidos en el hielo por medio de un taladro de agua caliente.

Estado actual de la construcción

En 2005, se desplegó la primera cuerda de IceCube^[1] y ha recogido bastantes datos para verificar que los sensores ópticos funcionan correctamente. En la temporada del verano austral 2005-2006, se colocaron ocho cuerdas adicionales, haciendo que IceCube se convirtiera en el telescopio de neutrinos más grande del mundo. En el verano austral de 2006-2007 se instalaron 13 cuerdas más, y se planea desplegar hasta 14 cuerdas más cada temporada siguiente hasta que se termine la construcción del detector.

Metas del experimento

IceCube es un experimento de Física de Astropartículas. La meta principal del experimento^[2] es detectar neutrinos en el rango de la alta energía, que abarca (en unidades de electronvoltios) de 10¹¹ hasta cerca de 10²¹ eV.

Los neutrinos no pueden ser observados directamente. En su lugar, se deduce información cinemática del neutrino por medio de la detección de infrecuentes colisiones que ocurren entre un neutrino y un átomo dentro del hielo. Las estimaciones actuales predicen que una vez que IceCube esté completamente terminado, se detectarán cerca de mil de estas colisiones por día.

Debido a la alta densidad del hielo, casi todos los productos detectados de la colisión inicial serán muones. Por lo tanto este experimento es más sensible al flujo de neutrinos muónicos a través de su volumen. Sin embargo, también hay un fondo abundante de muones creados no por neutrinos sino por rayos cósmicos que impactan la atmósfera encima del detector; la mayor parte de éstos pueden ser inmediatamente rechazados por el hecho que provienen de la parte superior del detector. La mayor parte de los neutrinos "ascendentes" que restan vendrán de los rayos cósmicos que golpean el lado opuesto de la tierra, pero alguna fracción desconocida puede ser de origen astronómico.

Para distinguir entre estas dos fuentes de forma estadística, la dirección y la energía del neutrino entrante se estima por medio de los subproductos de la colisión. Los excesos inesperados en energía o de una dirección espacial dada indican una fuente extraterrestre.

Detección de neutrinos

En el raro caso de una colisión de un neutrino muónico o un antineutrino muónico con un núcleo de agua, se produce un muon. En el caso de un neutrino, el protón es transformado en un neutrón y el muon producido es de carga positiva. Sí la colisión es entre un antineutrino y un neutrón, los productos son; un protón y un muon de carga negativa.

$\nu_\mu d \rightarrow \mu^+ u,$

$\bar{\nu}_\mu u \rightarrow \mu^- d$

En ambos casos la carga eléctrica total es preservada en la interacción. Si el muon producido en esta interacción tiene una velocidad superior a la de la luz en agua (o hielo en el caso de IceCube), se produce radiación de Cherenkov a lo largo del trazo del muon. Esta luz característica es captada por los fotomultiplicadores contenidos en cada módulo de IceCube. Una vez captada la señal, ésta es digitalizada y asociada con una indicación cronométrica. La dirección del muon incidente se puede reconstruir por medio de un software que utiliza la posición geométrica de cada módulo golpeado por fotones y la estampilla cronométrica de esta señal. En principio también se puede obtener información acerca de la energía del muon puesto que el número de fotones Cherenkov producidos está relacionada a ésta. La energía del muon está directamente relacionada a la del neutrino progenitor.

En el caso de neutrinos de tipo electrón, en lugar de trazos, se producen cascadas electromagnéticas las cuales emiten fotones en todas direcciones. En este tipo de sucesos es mucho más difícil deducir la dirección del neutrino incidente pero se puede obtener una mejor resolución de su energía.

Aunque la expectativa es que IceCube detecte muy pocos neutrinos, se espera tener una alta resolución en su detección. Según un informe de la Associated Press,^[3] los científicos en las instalaciones creen que han detectado los primeros neutrinos el día 29 de enero del 2006. Tras varios años de operación, IceCube podría producir un mapa del flujo proveniente del hemisferio norte similar a los mapas que ya han sido producidos en otras gamas como el de la radiación de fondo de microondas. De la misma forma ANTARES (otro experimento similar a IceCube situado en el mar mediterráneo) podría terminar el mapa para el hemisferio meridional.

Orígenes de rayos gamma

Cuando los protones chocan ya sea el uno con el otro, o con fotones, por lo general se producen piones. Los piones cargados decaen a neutrinos mientras que los piones neutrales decaen a rayos gamma. Es posible que el flujo de neutrinos y el flujo de rayos gamma puedan coincidir en ciertas fuentes tales como brotes de rayos gamma (GRB por sus siglas en inglés) y restos de supernova, indicando la naturaleza evasiva de su origen. Para esta meta, los datos de IceCube se podían utilizar conjuntamente con detectores de rayos cósmico como HESS o MAGIC.

La teoría de cuerdas

La estrategia de detección, anteriormente descrita, junto con su posición en el Polo Sur, podrían permitir que el detector proporcione la primera robusta evidencia experimental de dimensiones adicionales predichas por la teoría de cuerdas. De acuerdo con esta teoría, debe existir un neutrino estéril, compuesto por una cuerda cerrada. Éstos podían escaparse en dimensiones adicionales antes de volver, haciéndolos viajar aparentemente más rápido que la velocidad de la luz. Quizás sea possible crear un experimento para probar esto en un futuro próximo.^[4] Además, si los neutrinos de alta energía creasen agujeros negros microscópicos (según lo predicho por algunos aspectos de la teoría de cuerdas), se crearía una ducha de partículas; dando por resultado un aumento en el número de neutrinos "decendentes" y un decremento en el número de neutrinos "ascendentes".^[5]

Referencias

1. ↑ IceCube - One hole done, 79 more to go at SpaceRef.com
2. ↑ IceCube: A Kilometer-Scale Neutrino Observatory, National Research Council IceCube Review Presentation by F. Halzen (PDF)
3. ↑ USATODAY.com - Scientists find first neutrinos in 'IceCube' project
4. ↑ At last, a way to test time travel - fundamentals - 22 May 2006 - New Scientist
5. ↑ South Pole Neutrino Detector Could Yield Evidences of String Theory

Enlaces externos

• Página principal de IceCube;
• Página pricipal de AMANDA.