Pablo Javier PiacenteLos neutrinos son partículas abundantes en el universo y «bombardean» continuamente la Tierra. Sin embargo, sus características dificultan su detección, que es vital para comprender la naturaleza del cosmos e incluso el origen de la vida. Uno de los grandes escollos es el «ruido de fondo» que generan los rayos cósmicos. Ahora, una nueva investigación realizada en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Estados Unidos, ha avanzado en la detección de señales de neutrinos a través de un innovador enfoque.
De acuerdo a una nota de prensa, la nueva tecnología combina la reconstrucción de imágenes con técnicas de ciencia de datos. Mediante un acelerador de partículas, lograron que los neutrinos se destaquen sobre el fondo de rayos cósmicos, incrementando notablemente las posibilidades de detección. Los resultados del estudio se han publicado en arXiv.
La complejidad que supone detectar a los neutrinos entre el caos de la incesante «lluvia» de partículas que llega a nuestro planeta proveniente del cosmos, quizás ha incrementado su interés y encanto: poseen masa, pero es increíblemente pequeña. Equivale a menos de una milmillonésima parte de la masa de un átomo de hidrógeno, otra condición que dificulta su detección y medición.
Desde el Sol y otras fuentes
La fuente más importante de los neutrinos que llegan a la Tierra es el Sol. Pero además de llegar en forma de partículas solares, también pueden llegar neutrinos a nuestro planeta provenientes de fenómenos astrofísicos como las supernovas, o generados a partir de la radiación cósmica de fondo. Incluso, un pequeño porcentaje de neutrinos se produce por diferentes reacciones en la atmósfera terrestre.
Estas partículas elementales, que viajan a velocidades cercanas a la de la luz, esconden entre sus misterios algunos de los aspectos que podrían ayudar a los científicos a entender mejor el funcionamiento del universo y su origen. Por ejemplo, determinadas teorías los han incluido como una posibilidad concreta para explicar la presencia de la materia oscura.
Eliminando el ruido
La innovación obtenida por los investigadores estadounidenses se basa en nuevos algoritmos de análisis y reconstrucción de imágenes, que al combinarse con los últimos desarrollos en ciencia de datos, optimizan notablemente la capacidad del detector de neutrinos empleado.
Básicamente, el sistema logra «filtrar» los movimientos de los rayos cósmicos, que dificultan la detección de los neutrinos. Al superar ese «ruido», se hace posible identificar las interacciones entre los neutrinos con una claridad sin precedentes hasta el momento.
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Amplificando neutrinos
En experimentos realizados con un acelerador de partículas, los científicos consiguieron «amplificar» notablemente las interacciones entre los neutrinos, logrando destacarlas claramente del fondo de rayos cósmicos.
Para ello es vital la reconstrucción de imágenes: el sistema toma registros en dos dimensiones que, posteriormente, logran agruparse y conformar imágenes tridimensionales de mayor claridad y precisión.
Con todos estos avances, el nuevo sistema de detección mejora de forma ostensible los resultados logrados con los mecanismos empleados hasta el momento, ya sea con detectores basados en métodos radiactivos tradicionales o en la colisión de neutrinos con electrones contenidos en un medio acuoso (efecto Cherenkov).
De lograrse un avance trascendente en la detección de neutrinos, es probable también que muchas de las grandes preguntas sobre el origen y la naturaleza del cosmos comiencen a encontrar una respuesta. ¿Será esta nueva tecnología la llave para lograrlo?
Referencia
Cosmic Ray Background Rejection with Wire-Cell LArTPC Event Reconstruction in the MicroBooNE Detector. MicroBooNE collaboration: P. Abratenko, M. Alrashed, R. An et al. arXiv (2021).
Foto: primera observación de un neutrino en 1970: se concretó gracias a las líneas observadas en una cámara de burbujas basada en hidrógeno líquido. Crédito: Argonne National Laboratory en Wikimedia Commons.
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