Los astrónomos que utilizan el Observatorio Ice Cube, enterrado profundamente en el hielo antártico, han descubierto siete candidatos extraños y esquivos a «partículas fantasma» a medida que fluyen a través de la Tierra. Los signos indican que estas partículas son neutrinos tau astrofísicos; Sirven como importantes mensajeros entre eventos celestiales poderosos y de alta energía y nosotros.
Los neutrinos son partículas casi sin carga ni masa que atraviesan el universo a velocidades cercanas a la de la luz. Curiosamente, debido a estos factores, los neutrinos apenas interactúan con nada. De hecho, alrededor de 100 billones de ellos pasan por nuestro cuerpo cada segundo. No podemos decirlo. Si fueras un detector de neutrinos de tamaño humano, tendrías que esperar unos 100 años para que un neutrino interactúe con una partícula de tu cuerpo. Por eso, con razón, los neutrinos reciben el sobrenombre de “partículas fantasma”.
Los neutrinos de alta energía que provienen de fuentes cósmicas en el borde de la Vía Láctea se denominan «neutrinos astrofísicos» y vienen en tres tipos o generaciones: neutrinos electrónicos, neutrinos muónicos y neutrinos tau. Todas estas partículas quiméricas son increíblemente esquivas, como era de esperar, pero identificarlas es trabajo de IceCube. En 2013, el observatorio detectó los primeros neutrinos astrofísicos, y ahora parece haber detectado en particular neutrinos tau astrofísicos que podrían servir como un tipo completamente nuevo de mensaje cósmico.
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«El descubrimiento de siete posibles eventos de neutrinos tau en los datos, combinado con la muy baja cantidad de fondo esperado, nos permite afirmar que es muy poco probable que los fondos conspiren para producir siete neutrinos impostores», dijo Doug Quinn, uno de los investigadores. coautores del estudio. Líder y profesor de física en la Universidad Estatal de Pensilvania. Dijo en un comunicado. «El descubrimiento de neutrinos tau astrofísicos también proporciona una fuerte confirmación de la detección previa por parte de Ice Cube del flujo de neutrinos astrofísicos difusos».
Atrapado bajo el hielo
Para detectar neutrinos a su paso por la Tierra, IceCube utiliza cadenas de bolas doradas llamadas módulos ópticos digitales, o DOM, incrustadas en el hielo. En total, el observatorio contiene 5.160 DOM enterrados profundamente en el hielo antártico, esperando que los neutrinos interactúen con las moléculas del hielo y produzcan partículas cargadas. Estas partículas cargadas emiten luz azul mientras viajan a través del hielo, y los DOM registran esta luz.
Más específicamente, cuando los neutrinos tau astrofísicos de alta energía interactúan con partículas, producen distintas emisiones de luz, incluido un evento de doble cascada distinto que produce dos picos en los niveles de luz detectados por los DOM.
En el pasado, Ice Cube había logrado detectar indicios tentadores de firmas de neutrinos tau, pero Quinn y sus colegas realmente querían identificar las partículas esquivas.
IceCube puede detectar otros tipos de neutrinos en “tiempo real”, pero la instalación actualmente no puede hacerlo con los neutrinos tau. En cambio, cazar estos fantasmas cósmicos particulares requiere estudiar una década de datos de archivo. Pero en lugar de volverse Scooby-Doo y perseguir a estos fantasmas ellos mismos, el equipo entrenó lo que se conoce como «redes neuronales convolucionales mejoradas con clasificación de imágenes» para examinar casi 10 años de datos de IceCube recopilados entre 2011 y 2020 para buscar los fantasmas. Firmas de neutrinos tau.
Esto condujo al descubrimiento de siete poderosos candidatos a neutrinos tau.
El equipo mantiene la posibilidad de que estos hallazgos sean el resultado de una identificación errónea, pero Quinn explicó que la posibilidad de que el fondo detectado por DOM imite esta señal es sólo de 1 entre 3,5 millones.
Los resultados actuales utilizaron sólo tres series de detectores DOM, pero los análisis futuros se basarán en más de estas perlas doradas heladas. Esto no sólo aumentará la muestra de neutrinos tau detectados, sino que también puede ayudar a los científicos a realizar el primer estudio de las oscilaciones de neutrinos a lo largo de tres generaciones. Este es el fenómeno por el cual los neutrinos cambian de sabor mientras viajan a través de vastas distancias cósmicas.
Comprender las oscilaciones de los neutrinos podría ser la clave para determinar cómo se generan estas partículas fantasmales, qué eventos causaron que se lanzaran a través del espacio en primer lugar y por qué se transmiten a las generaciones posteriores a lo largo del tiempo.
«En general, este apasionante descubrimiento conlleva el interesante potencial de aprovechar los neutrinos tau para revelar nueva física», concluyó Quinn.
La investigación del equipo aparece en el repositorio de artículos arXiv y ha sido aceptada para su publicación en la revista. Cartas de revisión física.
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