El detector subterráneo ayudará a estudiar neutrinos y agujeros negros

Proyecto de detector

Para 2022, los científicos estadounidenses planean lanzar un nuevo detector de neutrinos: el Experimento de neutrinos subterráneos profundos ( DUNE ). Se ubicará bajo tierra en la antigua mina de oro Homestake en Dakota del Sur. Con este detector, los físicos estudiarán las propiedades de los neutrinos , tanto generados artificialmente como emitidos por una estrella durante su colapso en un agujero negro.

En la década de 1960, el astrofísico Raymond Davis ya albergaba un laboratorio para observar neutrinos solares en la mina. El próximo detector será mucho más poderoso. Varios kilotones de argón líquido en un recipiente con un diámetro de aproximadamente 12 m interactuarán con los neutrinos que lo atraviesan.

Básicamente, estas serán partículas emitidas por el Laboratorio Nacional del Acelerador con el nombre de Enrico Fermi, también conocido como Fermilab . Se encuentra a 1300 km del futuro detector DUNE. Pero parte del tiempo está previsto para el estudio de los neutrinos cósmicos.

Aunque los teóricos han calculado durante mucho tiempo en general cómo deben formarse los agujeros negros, nadie ha observado este proceso. Se sabe que se puede formar un agujero negro después del colapso de una estrella con una masa de más de ocho solares. Pero, ¿cómo sucede esto exactamente? ¿En qué punto una estrella se convierte en un agujero negro? ¿Con qué frecuencia las estrellas se convierten en agujeros negros? En cambio, la explosión puede terminar en la formación de una estrella de neutrones.

Se sabe que en el momento del colapso de una estrella, debe surgir un poderoso flujo de neutrinos, que podrá abandonar el lugar del accidente antes de que la gravedad alcance valores críticos. Después de eso, nada puede escapar más allá de los límites del agujero negro. Como resultado, el patrón de una potente explosión en el flujo de neutrinos, que luego se rompe abruptamente, debe fijarse en el detector. Esta debería ser la huella del nacimiento de un nuevo agujero negro.

La única explosión de supernova registrada por los detectores de neutrinos ocurrió en 1987. Desafortunadamente, los datos sobre la explosión no fueron suficientes, por lo que no se sabe qué sucedió después de eso, si se formó un agujero negro o una estrella de neutrones. Si tal evento no ocurre muy lejos de nosotros, el detector DUNE, según el representante del proyecto Mark Thompson, podrá detectar hasta 10,000 neutrinos.

Hay tres tipos de neutrinos, cada uno de los cuales tiene una antipartícula: estos son neutrinos electrónicos, muónicos y tau. Los detectores de neutrinos existentes son capaces de detectar antineutrinos electrónicos. El futuro DUNE será el único capaz de capturar neutrinos electrónicos mediante el uso de argón ”, explica Kate Scholberg, profesora de física en la Universidad de Duke.

Por supuesto, cuanto más detectores detecten una explosión de supernova, más aprenderemos sobre este sorprendente proceso. En China, los científicos ahora están trabajando en un detector JUNO, en Japón planean construir un gran detector Hyper-K, en Rusia están aumentando gradualmente la potencia del telescopio de neutrinos de aguas profundas de Dubna . Si todos estos dispositivos pueden detectar las consecuencias de un colapso relativamente corto, será una celebración para los científicos.

Además, el nuevo detector puede dar respuestas a preguntas sobre la naturaleza de los propios neutrinos. Con su ayuda, será posible estudiar su oscilación y posiblemente responder a la pregunta de si son fermiones de Majorana , es decir, sus propias antipartículas.

Source: https://habr.com/ru/post/es384145/