Geo-neutrinos a través de una imagen en corte de nuestro planeta. Crédito: KamLAND.Financiado por la Fundación Nacional de Ciencias, las investigadoras Laura Cadonati y Andrea Pocar, de la Universidad de Massachusetts Amherst, forman parte del equipo de Borexino internacional, cuyos resultados están disponibles en la edición en internet de la revista Physics Letters B.
Los geo-neutrinos son anti-neutrinos producidos en la desintegración radioactiva de uranio, torio, potasio y rubidio. Se encuentran en rocas antiguas en lo profundo de nuestro planeta. Esas desintegraciones se cree que contribuyen con una parte importante pero desconocida al calor generado en el interior de la Tierra, donde el calor influye en la actividad volcánica y los movimientos de las placas tectónicas, por ejemplo. Borexino, el gran detector de neutrinos, sirve como una ventana para mirar profundo en el núcleo de la Tierra y dar parte sobre la estructura del planeta.
Borexino está situado en el Laboratorio Nacional del Gran Sasso, un laboratorio de física bajo tierra en un largo túnel de 10 km a 1.5 km bajo el Gran Sasso, o montaña de la Gran Roca, en los Apeninos y operado por el Instituto italiano de Física Nuclear. El instrumento detecta anti-neutrinos y otras partículas subatómicas que interactúan en su centro líquido especial, una esfera de 300 toneladas de líquido de centelleo rodeado por un delgada balón transparente de nylon de 8.5 metros de diámetro. Todo esto "flota" dentro de otras 700 toneladas de líquido amortiguador en un tanque de acero inoxidable de 13.7 metros de diámetro sumergido en agua ultra purificada. El líquido de amortiguación protege el centellador de la radiación de las capas más externas del detector y sus alrededores.
Diseño del experimento de neutrinos solares Borexino. Crédito: CERN Courier.El líquido de centelleo se llama así porque cuando los neutrinos pasan a través de el, liberan su energía como pequeños destellos de luz. Los neutrinos y sus antipartículas, llamadas "anti-neutrinos, no tienen carga eléctrica y su masa es minúscula. A excepción de la gravedad, sólo interactúan con la materia a través de la fuerza nuclear débil, esto los hace extremadamente raros y difícil de detectar, ya que los neutrinos no "sienten" las otras dos fuerzas conocidas de la naturaleza, la electromagnética y la fuerza nuclear fuerte.
Borexino es uno de los pocos de estos detectores subterráneos en el mundo y es apoyado por las instituciones de Italia, los Estados Unidos, Alemania, Rusia, Polonia y Francia. Diseñado para observar y estudiar los neutrinos producidos en el interior del Sol, ha resultado ser uno de los observatorios más eficaces de su clase en el mundo, con 100 veces el menor ruido de fondo, en parte debido a la extremadamente eficaz purificación del centellador y el uso de materiales de construcción libres de radiación.
Borexino no es el primer instrumento para buscar geo-neutrinos. En 2005, una colaboración entre Japón y Estados Unidos, operando un detector similar en Japón, fue capaz de identificar algunas de estas raras partículas. Pero esas mediciones fueron afectadas por el ruido de fondo radiactivo, los anti-neutrinos emitidos por varios reactores nucleares que operan en Japón.
Por el contrario, los nuevos datos de Borexino tienen un más fuerte significado e importancia, debido a su pureza y a la ausencia de reactores nucleares. Como Pocar explica, "el detector de Borexino es muy limpio y tiene niveles más bajos de impurezas radiactivas, nunca alcanzados antes en los experimentos de este tipo. Es realmente un aparato muy "tranquilo" para la observación de neutrinos de baja energía, y excepcionalmente preciso para distinguir estas partículas por el origen, ya sea solar, terrestre o producto de la mano del hombre." Italia no tiene centrales nucleares, añade.
El pequeño número de anti-neutrinos detectados en Borexino, sólo un par cada mes, ayuda a resolver una cuestión de larga data entre los geofísicos y geólogos acerca de si nuestro planeta alberga un enorme reactor nuclear natural en su núcleo. Basándose en la claridad sin precedentes de los datos de estos neutrinos, la respuesta es no, dicen las investigadoras de la Universidad de Massachusetts Amherst. "Esta es toda la nueva información que estamos recibiendo desde el interior de la Tierra de la sonda de geo-neutrinos", explica Cadonati . "Nuestros datos son interesantes porque abren una nueva frontera. Este es el comienzo. Se necesita más trabajo para una comprensión detallada del interior de la Tierra y la fuente de su calor, con los nuevos detectores de neutrinos por encima de la corteza continental y oceánica. "
En el futuro los investigadores internacionales esperan que las observaciones de detectores similares en Canadá, Japón y Borexino en Italia puedan ser coordinadas para mejorar aún más la detección de neutrinos y el análisis correspondiente.
Fuente:
UMass Amherst Physicists Use Underground Lab to Detect Rare Particles, Peek into Earth’s Center
Más información:
Observation of Geo-Neutrinos (http://arxiv.org/abs/1003.0284). Colaboración Borexino.
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