Geo-neutrinos a través de una imagen en corte de nuestro planeta. Crédito: KamLAND.La Colaboración Internacional Borexino, con instituciones de Italia, Estados Unidos, Alemania, Rusia, Polonia y Francia, cuenta con un detector de centelleo de 300 toneladas líquido, diseñado para observar y estudiar neutrinos solares de baja energía. El bajo fondo del detector de Borexino ha sido clave para la detección de los geo-neutrinos. Las tecnologías desarrolladas por los colaboradores de Borexino han alcanzado niveles muy bajos de dicho fondo. El núcleo central del centelleador Borexino es ahora el detector de más bajo fondo para estas observaciones. El ultra-bajo fondo de Borexino fue desarrollado para hacer las primeras mediciones de neutrinos solares por debajo de 1 MeV, y ahora ha producido esta primera y firme observación de geo-neutrinos.
Los geo-neutrinos son anti-neutrinos producidos en la desintegración radioactiva natural de uranio, torio, potasio y rubidio. Las desintegraciones radioactivas de estos elementos se cree que contribuyen con una parte importante pero desconocida al calor generado en el interior de nuestro planeta. El calor genera movimientos convectivos en el manto de la Tierra, que influyen en la actividad volcánica y en los movimientos de las placas tectónicas, induciendo la actividad sísmica y la geo-dínamo que crea el campo magnético de la Tierra.
La importancia de los geo-neutrinos fue señalada por Eder y Marx en la década de 1960, y un estudio seminal de Krauss, Glashow, y Schramm en 1994 sentó las bases para este campo. En 2005, un exceso de de antineutrinos de baja energía por encima del fondo fue reportado por KamLAND, una colaboración Japón-Estados Unidos operando un detector similar en la mina de Kamioka en Japón.
Debido al alto fondo de la radioactividad interna y anti-neutrinos emitidos desde las inmediaciones de las centrales nucleares, la colaboración KamLAND informó que los evetos en exceso, fueron una indicación de geo-neutrinos.
Con 100 veces más bajo fondo que KamLAND, los datos de Borexino revelan una clara baja señal de fondo para los antineutrinos que coinciden con el espectro de energía de geo-neutrinos de uranio y torio. El fondo más bajo se debe a la purificación de centelleo y la pureza radiológica de métodos de construcción desarrollado por la Colaboración Borexino, y a la ausencia cercana de plantas con reactor nuclear.
El origen de los conocidos 40 teravatios de energía producidos dentro de la tierra es una de las cuestiones fundamentales de la geología. La detección definitiva de los geo-neutrinos por Borexino confirma que la radiactividad contribuye con una fracción significativa, posiblemente la mayoría, de la energía. Otras fuentes de energía son posibles, siendo la principal el enfriamiento a partir de la condensación del calor primordial de la tierra. Ha sido sugerido un poderoso reactor geo-nuclear en el centro de la tierra, pero se descarta como una fuente energética importante por la ausencia de la alta tasa de antineutrinos que debería haber sido observada en los datos de Borexino.
Aunque la radiactividad puede dar cuenta de una parte significativa del calor interno de la tierra, las mediciones con una red mundial de detectores de geo-neutrinos por encima de la corteza continental y oceánica son necesarias para una comprensión detallada. Al aprovechar las características únicas de la sonda de geo-neutrinos, los datos futuros de Borexino, KamLAND, y el próximo detector ONS+ en Canadá, proporcionará una comprensión más completa de la Tierra y la fuente de su calor interno.
La Colaboración Borexino ha presentado un informe sobre este descubrimiento al server de preimpresión online arXiv.org.
Fuente:
Earth’s interior heating mechanisms revealed through neutrinos
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