En 2009, el físico aplicado Peter Sturrock estaba visitando el Observatorio Solar nacional en Tucson, Arizona, cuando el director adjunto del Observatorio acababa de leer un artículo polémico acerca de decaimiento radiactivo.
Los trabajadores mantienen el detector de neutrinos Super-Kamiokande en Hida, Japón. Crédito: Observatorio Kamioka, Instituto de investigación de rayos cósmicos, Universidad de Tokio
Aunque el tema estaba fuera del campo de Sturrock, inspiró un pensamiento tan intrigante que al día siguiente él llamó por teléfono a la autor del studio de la Universidad de Purdue el físico Ephraim Fischbach, para proponer una colaboración.
Fischbach respondió: "Estábamos a punto de llamarle".
Más de siete años más tarde, la colaboración podría resultar en un dispositivo de sobremesa barato para detectar los esquivos neutrinos más eficientemente y a bajo costo de lo que es actualmente posible y podría simplificar la capacidad de los científicos para estudiar el funcionamiento interno del sol. El trabajo fue publicado en el número 7 de noviembre de Solar Phisic.
"Si estamos correctos, significa que los neutrinos son mucho más fáciles de detectar que lo que la gente ha pensado," dice Sturrock, profesor emérito de física aplicada. "Todos pensaban que sería necesario tener experimentos enormes, con miles de toneladas de agua u otro material, que puede implicar grandes consorcios y gastos enormes, y es posible que algunas mil cuentas al año. Pero podemos obtener datos similares o incluso mejores de un experimento que implicaba solamente microgramos de material radiactivo."
Por qué, cómo se estudian neutrinos.
Durante veinte años, Sturrock y su colega Jeff Scargle, astrofísico y científico de datos de la NASA Ames Research Center, han estudiado neutrinos, partículas subatómicas no eléctricas de carga y casi cero de masa, que puede utilizarse para conocer el interior del sol.
Las reacciones nucleares en el núcleo del sol producen neutrinos. Una característica única de los neutrinos es que raramente interactúan con otras partículas y así pueden escapar del sol fácilmente, trayéndonos información sobre el interior profundo solar. El estudio de neutrinos se cree que es la mejor manera de obtener información directa sobre el centro del sol, que es otra manera en gran parte un misterio. Los neutrinos también pueden darnos información sobre supernovas, la creación del universo y mucho más.
En la tierra, un área del tamaño de una uña tiene 65 billones de neutrinos atravesando cada segundo. Pero sólo uno o dos en toda una vida realmente se detendrá en nuestros cuerpos. El estudio de neutrinos implica equipo masivo y gastos para atrapar suficiente de las partículas de difíciles investigación.
En la actualidad, el estándar de oro para la detección de neutrinos es Super-Kamiokande de Japón, un magnífico observatorio de $ 100 millones. En uso desde 1996, Super-Kamiokande se encuentra a 1.000 metros bajo tierra. Consiste en un tanque llenado de 50.000 toneladas de agua ultra pura, rodeada de unos 13.000 tubos foto multiplicadores. Si entra en el agua un neutrino interactúa con los electrones o los núcleos que da lugar a una partícula cargada que se mueve más rápido que la velocidad de la luz en el agua. Esto conduce a una onda de choque óptica, un cono de luz llamado radiación de Cherenkov. Esta luz es proyectada en la pared del tanque y grabada por los tubos de fotomultiplicador.
Más allá de los desafíos en la detección de neutrinos.
En el 2002 el Premio Nobel de física fue otorgado a Masatoshi Koshiba de Super-Kamiokande y Raymond Davis Jr. de Homestake neutrinos, Observatorio para el desarrollo de detectores de neutrinos y "para"la detección de neutrinos cósmicos. Un detalle desconcertante de este trabajo fue que, con sus métodos de detección innovadora, la detección de un tercio a una mitad de tantos neutrinos como se esperaba, un problema conocido como "el problema solar del neutrino". Este déficit en primer lugar se pensó que era debido a los problemas experimentales. Pero, una vez que fue confirmado por el Super-Kamiokande, el déficit fue aceptado como real.
El año anterior al Premio Nobel, sin embargo, los científicos anunciaron una solución para el problema solar del neutrino. Resultó que los neutrinos oscilan entre las tres formas (electrón, muón y tau) y los detectores fueron principalmente sensibles a los neutrinos del electrón sólo. Para el descubrimiento de estas oscilaciones, el Premio Nobel de física 2015 fue otorgado a Takaaki Kajita de Super-Kamiokande y Arthur B. MacDonald del Observatorio del Neutrino de Sudbury.
Incluso con estos acontecimientos de un premio Nobel en investigación y equipo a su disposición, los científicos todavía detectan sólo algunos eventos de mil neutrinos cada año.
Una nueva opción para la investigación.
La investigación que Sturrock supo en Tucson se refiere a las fluctuaciones en la tasa de decaimiento de elementos radiactivos. Las fluctuaciones fueron muy controvertidas en el momento porque se había pensado que la tasa de decaimiento de cualquier elemento radioactivo es constante. Sturrock decidió estudiar estos resultados experimentales utilizando técnicas de análisis que él y Scargle habían desarrollado para estudiar los neutrinos.
En el examen de las fluctuaciones de decaimiento radiactivo, el equipo encontró evidencia de que esas fluctuaciones podían emparejar patrones que encontraron en los datos de neutrinos Super-Kamiokande, indica una oscilación de un mes a la rotación solar. La probable conclusión es que los neutrinos del sol están afectando el decaimiento de beta. Esta conexión ha sido teorizada por otros investigadores hace 25 años, pero el análisis de Sturrock-Fischbach-Scargle añade la evidencia más fuerte todavía. Si esta relación tiene, una revolución en la investigación de neutrinos podría estar en marcha.
"Significa que hay otra manera para el estudio de neutrinos que es mucho más sencilla y menos costosa que los métodos actuales", dijo Sturrock. "Algunos datos, que no te de beta se decae, pero sólo de experimentos como Super-Kamiokande. Sin embargo, el estudio de la variabilidad de decaimiento beta indica que hay otra manera de detectar neutrinos, que le da una visión diferente de neutrinos y del sol."
Sturrock dijo que esto podría marcar el comienzo de un nuevo campo en la investigación de neutrinos y física solar. Él y Fischbach ven la posibilidad de detectors de sobremesa que costarían miles y no millones de dólares.
Los pasos a seguir por ahora será recopilar más y mejores datos y trabajar hacia una teoría que pueda explicar cómo todos estos procesos físicos están conectados.
Los trabajadores mantienen el detector de neutrinos Super-Kamiokande en Hida, Japón. Crédito: Observatorio Kamioka, Instituto de investigación de rayos cósmicos, Universidad de Tokio
Aunque el tema estaba fuera del campo de Sturrock, inspiró un pensamiento tan intrigante que al día siguiente él llamó por teléfono a la autor del studio de la Universidad de Purdue el físico Ephraim Fischbach, para proponer una colaboración.
Fischbach respondió: "Estábamos a punto de llamarle".
Más de siete años más tarde, la colaboración podría resultar en un dispositivo de sobremesa barato para detectar los esquivos neutrinos más eficientemente y a bajo costo de lo que es actualmente posible y podría simplificar la capacidad de los científicos para estudiar el funcionamiento interno del sol. El trabajo fue publicado en el número 7 de noviembre de Solar Phisic.
"Si estamos correctos, significa que los neutrinos son mucho más fáciles de detectar que lo que la gente ha pensado," dice Sturrock, profesor emérito de física aplicada. "Todos pensaban que sería necesario tener experimentos enormes, con miles de toneladas de agua u otro material, que puede implicar grandes consorcios y gastos enormes, y es posible que algunas mil cuentas al año. Pero podemos obtener datos similares o incluso mejores de un experimento que implicaba solamente microgramos de material radiactivo."
Por qué, cómo se estudian neutrinos.
Durante veinte años, Sturrock y su colega Jeff Scargle, astrofísico y científico de datos de la NASA Ames Research Center, han estudiado neutrinos, partículas subatómicas no eléctricas de carga y casi cero de masa, que puede utilizarse para conocer el interior del sol.
Las reacciones nucleares en el núcleo del sol producen neutrinos. Una característica única de los neutrinos es que raramente interactúan con otras partículas y así pueden escapar del sol fácilmente, trayéndonos información sobre el interior profundo solar. El estudio de neutrinos se cree que es la mejor manera de obtener información directa sobre el centro del sol, que es otra manera en gran parte un misterio. Los neutrinos también pueden darnos información sobre supernovas, la creación del universo y mucho más.
En la tierra, un área del tamaño de una uña tiene 65 billones de neutrinos atravesando cada segundo. Pero sólo uno o dos en toda una vida realmente se detendrá en nuestros cuerpos. El estudio de neutrinos implica equipo masivo y gastos para atrapar suficiente de las partículas de difíciles investigación.
En la actualidad, el estándar de oro para la detección de neutrinos es Super-Kamiokande de Japón, un magnífico observatorio de $ 100 millones. En uso desde 1996, Super-Kamiokande se encuentra a 1.000 metros bajo tierra. Consiste en un tanque llenado de 50.000 toneladas de agua ultra pura, rodeada de unos 13.000 tubos foto multiplicadores. Si entra en el agua un neutrino interactúa con los electrones o los núcleos que da lugar a una partícula cargada que se mueve más rápido que la velocidad de la luz en el agua. Esto conduce a una onda de choque óptica, un cono de luz llamado radiación de Cherenkov. Esta luz es proyectada en la pared del tanque y grabada por los tubos de fotomultiplicador.
Más allá de los desafíos en la detección de neutrinos.
En el 2002 el Premio Nobel de física fue otorgado a Masatoshi Koshiba de Super-Kamiokande y Raymond Davis Jr. de Homestake neutrinos, Observatorio para el desarrollo de detectores de neutrinos y "para"la detección de neutrinos cósmicos. Un detalle desconcertante de este trabajo fue que, con sus métodos de detección innovadora, la detección de un tercio a una mitad de tantos neutrinos como se esperaba, un problema conocido como "el problema solar del neutrino". Este déficit en primer lugar se pensó que era debido a los problemas experimentales. Pero, una vez que fue confirmado por el Super-Kamiokande, el déficit fue aceptado como real.
El año anterior al Premio Nobel, sin embargo, los científicos anunciaron una solución para el problema solar del neutrino. Resultó que los neutrinos oscilan entre las tres formas (electrón, muón y tau) y los detectores fueron principalmente sensibles a los neutrinos del electrón sólo. Para el descubrimiento de estas oscilaciones, el Premio Nobel de física 2015 fue otorgado a Takaaki Kajita de Super-Kamiokande y Arthur B. MacDonald del Observatorio del Neutrino de Sudbury.
Incluso con estos acontecimientos de un premio Nobel en investigación y equipo a su disposición, los científicos todavía detectan sólo algunos eventos de mil neutrinos cada año.
Una nueva opción para la investigación.
La investigación que Sturrock supo en Tucson se refiere a las fluctuaciones en la tasa de decaimiento de elementos radiactivos. Las fluctuaciones fueron muy controvertidas en el momento porque se había pensado que la tasa de decaimiento de cualquier elemento radioactivo es constante. Sturrock decidió estudiar estos resultados experimentales utilizando técnicas de análisis que él y Scargle habían desarrollado para estudiar los neutrinos.
En el examen de las fluctuaciones de decaimiento radiactivo, el equipo encontró evidencia de que esas fluctuaciones podían emparejar patrones que encontraron en los datos de neutrinos Super-Kamiokande, indica una oscilación de un mes a la rotación solar. La probable conclusión es que los neutrinos del sol están afectando el decaimiento de beta. Esta conexión ha sido teorizada por otros investigadores hace 25 años, pero el análisis de Sturrock-Fischbach-Scargle añade la evidencia más fuerte todavía. Si esta relación tiene, una revolución en la investigación de neutrinos podría estar en marcha.
"Significa que hay otra manera para el estudio de neutrinos que es mucho más sencilla y menos costosa que los métodos actuales", dijo Sturrock. "Algunos datos, que no te de beta se decae, pero sólo de experimentos como Super-Kamiokande. Sin embargo, el estudio de la variabilidad de decaimiento beta indica que hay otra manera de detectar neutrinos, que le da una visión diferente de neutrinos y del sol."
Sturrock dijo que esto podría marcar el comienzo de un nuevo campo en la investigación de neutrinos y física solar. Él y Fischbach ven la posibilidad de detectors de sobremesa que costarían miles y no millones de dólares.
Los pasos a seguir por ahora será recopilar más y mejores datos y trabajar hacia una teoría que pueda explicar cómo todos estos procesos físicos están conectados.
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