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Juan Carlos GilJosé EdelsteinIgnacio CrespoBorja TosarFrancis VillatoroHéctor SocasLuisa Achaerandiodetección de neutrinos con hielo polarcontribución pionera john lernerice cube detecta neutrinos antártidaneutrinos cruzan tierra polo opuestoradiación cherenkov hielo profundovelocidad luz índice refracción hieloIce CubeAntártidaJoséFrancis VillatoroCambio CandeOcéanoradiación CherenkovIceCubeFrancis HalsenESFRIESTLHCKM3NetSolTierraPhysical Review LettersJohn LernerPremio NobelAmandaHéctor SocasJosé Edelstein
Detector Neutrinos IceCube antártico
Con
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Francis Villatoro explica cómo Ice Cube detecta neutrinos que han atravesado toda la Tierra, entrando por un polo y saliendo por el otro, finalmente impactando en el hielo profundo de la Antártida.
…una idea que se llamaba Duman, D-U-M-A-N-D, que era un detector de neutrinos y muones que utilizara aguas profundas, que hoy en día es el KM3 que está desarrollándose en el Mediterráneo para detectar neutrinos y eso acabó derivando hacia la posibilidad. De utilizar también, en ese famoso artículo de 1988 con Lerner, John Lerner, que no ha recibido el premio Nobel básicamente porque fue pionero, pero realmente no ha tenido muchas más contribuciones en el campo; que era la propuesta de utilizar el hielo polar, el hielo polar profundo como detector. Es decir, el neutrino cruza el hielo, normalmente el neutrino. Que observamos en Ice Cube ha cruzado toda la Tierra, entra por un polo, entra por el polo opuesto, cruza toda la Tierra, acaba en el hielo, un hielo bastante profundo de la Antártida y ahí usando una serie de; cuando atraviesa el hielo, el neutrino va a mayor velocidad que la velocidad de la luz en el agua, básicamente en el hielo es más o menos la misma velocidad de la luz, por el índice de refracción del hielo y por lo tanto emite radiación Cherenkov. Se produce luz, un cono de luz azulada, esa luz azulada que se ve en los reactores nucleares cuando vemos imágenes del núcleo, por ejemplo, radiación Cherenkov y esa radiación Cherenkov nos da un cono de luz muy focalizado si el neutrino es altamente energético, José. No, una corrección porque creo que te saltaste un paso, pero la radiación Cherenkov le produce, o sea, el neutrino interactúa con el núcleo de algún hidrógeno y ahí sale un leptón, un electrón, un muón o un tabón y ese es el que produce la radiación Cherenkov…
Significado #1
Francis Villatoro explica cómo Ice Cube detecta neutrinos que han atravesado toda la Tierra, entrando por un polo y saliendo por el otro, finalmente impactando en el hielo profundo de la Antártida.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1detección de neutrinos con hielo polarcontribución pionera john lernerice cube detecta neutrinos antártidaneutrinos cruzan tierra polo opuestoradiación cherenkov hielo profundovelocidad luz índice refracción hielo…una idea que se llamaba Duman, D-U-M-A-N-D, que era un detector de neutrinos y muones que utilizara aguas profundas, que hoy en día es el KM3 que está desarrollándose en el Mediterráneo para detectar neutrinos y eso acabó derivando hacia la posibilidad. De utilizar también, en ese famoso artículo de 1988 con Lerner, John Lerner, que no ha recibido el premio Nobel básicamente porque fue pionero, pero realmente no ha tenido muchas más contribuciones en el campo; que era la propuesta de utilizar el hielo polar, el hielo polar profundo como detector. Es decir, el neutrino cruza el hielo, normalmente el neutrino. Que observamos en Ice Cube ha cruzado toda la Tierra, entra por un polo, entra por el polo opuesto, cruza toda la Tierra, acaba en el hielo, un hielo bastante profundo de la Antártida y ahí usando una serie de; cuando atraviesa el hielo, el neutrino va a mayor velocidad que la velocidad de la luz en el agua, básicamente en el hielo es más o menos la misma velocidad de la luz, por el índice de refracción del hielo y por lo tanto emite radiación Cherenkov. Se produce luz, un cono de luz azulada, esa luz azulada que se ve en los reactores nucleares cuando vemos imágenes del núcleo, por ejemplo, radiación Cherenkov y esa radiación Cherenkov nos da un cono de luz muy focalizado si el neutrino es altamente energético, José. No, una corrección porque creo que te saltaste un paso, pero la radiación Cherenkov le produce, o sea, el neutrino interactúa con el núcleo de algún hidrógeno y ahí sale un leptón, un electrón, un muón o un tabón y ese es el que produce la radiación Cherenkov…
Francis Villatoro describe el proceso de construcción del detector Ice Cube en la Antártida, explicando cómo se inyecta agua para crear un agujero que luego se congela alrededor de los sensores.
Habla: Francis VillatoroSignificado #17detector ice cube en antártidainyectan agua dos kilómetrossensores congelados en hieloagujero con taladro de agua calientedetector ice cube en la antártidaproyecto amanda prototipo previo…enterrado un kilómetro y medio, o sea, el kilómetro arranca desde un kilómetro y medio abajo de la superficie. O sea, llega el agujero hasta dos kilómetros y medio, dos mil cuatrocientos cincuenta metros, una barbaridad, o sea, tecnológicamente hacer eso. En cualquier otro lugar es muy difícil, imaginaos cómo es la Antártida ¿eh? O sea, o sea, porque, perdona, inyectan agua dos kilómetros y medio y antes de que se congele meten los sensores y luego se congela y eso es lo que queda ahí; es que me parece y es más complicado que eso. Haces el agujero con agua caliente, un taladro de agua caliente y especial y te queda el agujero y después metes la cadena y después rellenas con agua. Tienes que hacerlo en un momento en el que no llueva en la Antártida, porque la Antártida es uno de los sitios más llenos del planeta. No llueve nunca ahí. Obviamente todos los errores se cometieron en Amanda, pero Amanda fue un poco el prototipo, lo cual es como complejo el tema. Sí, iba a decir que la razón de que tiene que ser un kilómetro debajo de otro kilómetro y medio, o sea, no simplemente es porque el hielo tiene que Ser muy transparente y en las capas más altas pues hay pequeñas imperfecciones, burbujitas de aire sobre todo, burbujas muy pequeñas que impiden que puedas detectar los neutrinos por esas impurezas; eso que el hielo no es y a mí lo que me alucina no es solo…
Francis Villatoro explica cómo el objetivo de Halsen era utilizar IceCube como un telescopio para estudiar fuentes astrofísicas, aprovechando su capacidad única para direccionar el cono de luz generado por la interacción de neutrinos.
Habla: Francis VillatoroSignificado #11icecube telescopio de neutrinosdireccionar cono de luz icecubedistinguir señal electron muón tau icecube…los procesos que producen neutrinos que limiten su energía. Entonces, hasta que no lo observas, no ves que realmente ese rango que ha comentado José, enorme de energía que puede alcanzar un neutrino, se desvela a mediados de los 2000, alrededor del año 2013. Y a partir de ahí empezó el objetivo de Halsen: era estudiar las fuentes astrofísicas, es decir, utilizar IceCube como un telescopio de neutrinos, porque otras técnicas para detectar neutrinos no tienen esa capacidad de poder direccionar realmente ese cono de luz que se genera, esa distribución de fotomultiplicadores que se excitan por el paso de esas partículas, de esos electrones cargados, muones, tau, electrones de alta energía que dan señales diferentes. En Ice Cube podemos distinguir la señal que ofrece un electrón de la que ofrece un muón de la que ofrece un tau. Eso es algo realmente espectacular. No tenía la direccionalidad suficiente como para que pudiéramos apuntar a una acción relativamente pequeña de cielo y ver más o menos dónde podía estar la fuente. Ese era el gran objetivo: el poder utilizar los nutrinos como marcadores, como mensajeros de la…
Francis Villatoro explica las magnitudes de energía de los neutrinos observados por el telescopio Ice Cube, mencionando unidades como mega, giga y peta electron-voltio.
Habla: Francis VillatoroSignificado #15neutrinos observados por ice cuberayos cósmicos inciden atmósferaneutrinos astrofísicos telescopio ice cubeneutrinos atmosféricos sol…ya son emblemáticos. Obtener, por ejemplo, en el año 2013 se publicó en Physical Review Letters un artículo en el que se hablaba de los nutrinos de mayor energía observados hasta aquel momento, que superaban el peta-electrón-voltio. Es una barbaridad, ¿no? Tenemos mega, giga, peta; o sea, es un millón de megas, un millón de esos billones de electrón-voltio. Es una barbaridad. Y se pudo demostrar en el año 2014 con certeza que los neutrinos que se estaban observando, porque la gran duda era cuál es el origen de esos neutrinos, porque tú pretendes utilizar este telescopio de neutrinos para ver neutrinos astrofísicos, pero realmente está habiendo neutrinos astrofísicos, porque los rayos cósmicos inciden en la atmósfera y en la atmósfera producen chorros de partículas que incluyen neutrinos, y hay neutrinos atmosféricos. El Sol produce neutrinos atmosféricos. La propia Tierra tiene muchos procesos nucleares que producen neutrinos. Esos neutrinos de muy alta energía son la cola estadística extremadamente poco probable de procesos locales alrededor de la Tierra. Pues eso se observó hasta con más de cinco sigmas en el año 2014. Hubo ya certeza de que por la distribución estadística y por…
Francis Villatoro explica cómo Ice Cube ha confirmado predicciones de modelos teóricos sobre neutrinos de origen galáctico y extragaláctico, observando una estructura específica en el espectro de neutrinos de ultra alta energía.
Habla: Francis VillatoroSignificado #13icecube confirma modelos neutrinos galácticosespectro neutrinos ultra alta energíaestructura brazo espectro neutrinos…ha acabado siendo, y entonces ha habido muchísimas noticias. Nosotros hemos hablado muchas veces de Ice Cube porque periódicamente está logrando evidencias de cosas que hasta aquel momento pues nadie había logrado evidenciar con eso, con más de cinco sigmas. Neutrinos de origen galáctico, neutrinos de origen extragaláctico: una observación del espectro de neutrinos de ultra alta energía realmente compatible con los modelos, que tiene como dos codos, como una estructura de brazo que tiene el hombro y el codo en la distribución del espectro. Es decir, una serie de cosas que se predecían los modelos teóricos y que IceCube ha podido confirmar. Eso hizo que el experimento, que probablemente, si las reglas Del Nobel no fueran las que son, tendría que haber recibido Ice Cube como colaboración el premio Nobel, pero que igual que en el caso de Laigo, al final, pues fueron los padres del instrumento y quien dirigió el proyecto cuando el proyecto logró tener su,…
José Edelstein explica que usar grandes cantidades de agua líquida o sólida como detectores de neutrinos es una idea antigua, similar al funcionamiento de Cambio Cande y otros detectores importantes.
Habla: José EdelsteinPalabras #7cambio cande detectores de neutrinosneutrinos energéticos fondo oceánicoantártida detector agua líquidasensibilidad neutrinos ultra energéticos…y estaba buscando ideas para pasarse a lo que se llama física de astropartículas, son las mismas partículas pero que nos llegan del cielo, con características particulares, con energías particulares. Estaba dándole vueltas, la idea de usar grandes masas de Agua es una idea muy antigua, de hecho así funciona Cambio Cande y todos los grandes detectores. Pero usar una gran cantidad de agua líquida o sólida que está estacionaria debajo de una gran masa de agua como en el fondo del océano o debajo de la Antártida es una idea un poco más audaz. Su construcción es mucho más compleja y, por las características que tiene el detector, en total es más sensible a neutrinos mucho más energéticos. Entonces justamente abarca un rango de energías que Cambio Cande no abarca, o incluso Oye, en algunos casos tampoco. Bueno, Oye sí que abarca pero no es muy sensible a la dirección de un neutrino ultra energético. Déjame, José, que quizás te matice una cosa que dijiste: que este tipo de detectores en el océano, por ejemplo, que tienen unas complejidades superiores a las de un cambio, son retos diferentes. Yo no me atrevería a decir que uno es más o menos; creo que cada…
José Edelstein y Héctor Socas discuten la comparación entre detectores de neutrinos construidos completamente por humanos y aquellos que aprovechan elementos naturales preexistentes, como en el caso del KM3Net.
Habla: José EdelsteinPalabras #11detector km3net aprovechamiento naturalconstrucción de detectores lhc complejidadentorno antártida características detector…problemas, porque también el meter toda esa agua ultra pura dentro del corazón de una montaña, también tiene su intribulis. Pero bueno, entiendo lo que quieres decir, es otro tipo de reto y otro tipo de... Bueno, y el KM3Net, que yo decía que estaba también. Como en el examen ESFRI, compañero, con nosotros, con EST, pasando ese examen, es justamente este tipo de detector que tú estás diciendo ahora, utilizando el fondo del mar, ¿no? Sí, probablemente no seguro fue inadecuado lo que dije, pero me refería justamente al hecho de que en cambio Cande tú construyes el detector completo, que tendrá su complejidad como el LHC, qué sé yo, construirlo es complejísimo, lo construyes; en cambio en este otro te aprovechas de algo que la naturaleza te puso ahí, qué sé yo, entonces tienes que intervenir, lo que estábamos hablando antes de cómo hago para meterlo y enterrarlo en la Antártida sin al mismo tiempo arruinar las características que tiene ese medio, que lo hacen útiles para el detector. En ese sentido lo decía, pero por supuesto que cada uno de estos experimentos, sobre todo cuando las primeras personas empezaron a tener la idea, son inciertos; no sé si van a funcionar, hay que convencer a gente de que van a funcionar y algunos no funcionan…
Francis Villatoro responde a una pregunta sobre si IceCube podría detectar materia oscura y cómo diferenciaría neutrinos de otras partículas desconocidas.
Habla: Francis VillatoroPalabras #13búsquedas de materia oscura icecubepartícula compatible física neutrinomodelo teórico materia oscurainteracción partícula no neutrino…una pantalla. Al final acabamos en córtex. Bueno, venga, siguiente: pregunta Sergio Llorente, 64-65, si IceCube podría detectar materia oscura, ¿cómo diferencia neutrinos de otras partículas no conocidas como las de materia oscura? Una pregunta interesante. Bueno, en principio se han hecho búsquedas de materia oscura en IceCube y no se ha encontrado, ¿no? Sí, tenemos básicamente con modelos teóricos, ¿vale? O sea, si tú tienes una cosa que es compatible con la física de un neutrino, pues tiene que ser un neutrino. Tú vas a decir: es que ha dado la casualidad de que la materia oscura tiene exactamente las mismas propiedades. Si se parece a un pato y, ¿cómo es? Que si tiene las mismas propiedades, es que es un neutrino. Claro, entonces tú dices: pues planteemos un modelo en el que la partícula que ha interaccionado no tiene nada que ver con un neutrino y entonces pues eso ya lo planteamos como partícula de materia oscura. O sea, se ha hecho búsqueda y no se han encontrado. Yo creo que estas cosas las solemos pensar como partícula a partícula, pero normalmente estos grandes detectores intentan trabajar con estadística, aunque es verdad que hay eventos individuales; aquí hemos hablado del petaneutrino este que se detectó y tal.…
Héctor Socas explica cómo se detectan los neutrinos en experimentos como IceCube, señalando que no se mide directamente el neutrino sino las cascadas de partículas que genera.
Habla: Héctor SocasPalabras #9cascadas de partículas icecuberadiación cherenkov detectorestrayectoria y energía partícula incidente…tal. Me estoy desdiciendo a mí mismo un poco porque iba a decir que sobre todo se mira la estadística que tiene y cómo se compara con el fondo esperable, pero sí que es verdad que aquí sobre todo en energías muy altas se detectan también eventos individuales. Hay que recordar que se miden cascadas de partículas, no mides directamente el neutrino incidente sino la cascada de partículas que genera, que producen un cono de radiación Cherenkov y entonces, como tú tienes muchos detectores, puedes reconstruir un poco la trayectoria y la energía de la partícula incidente. Entonces eso es lo que tú al final recuperas, ¿no? La dirección de la que viene esa partícula y su energía. Entonces, claro, normalmente si viene por ejemplo del suelo, pues sabes. Que no puede ser un rayo cósmico, tiene que ser; esto lo comentábamos con el neutrino este súper energético que batió el récord hace un par de años, porque venía básicamente del suelo, entonces tiene que haber atravesado toda la Tierra para venir desde el…