Neutrins brillant al gel

IceCube-schema.jpg Estem acostumats a observar el món i l’Univers que ens envolta aprofitant la llum, però la part visible de l’espectre electromagnètic és una fracció petita del total, i no tot emet radiacions en la zona del visible. Per tant, aviat es van començar a construir telescopis infrarojos, telescopis de raigs X, telescopis de raigs gamma, radiotelescopis i tota mena d’enginys per recollir informació en tot l’espectre de freqüències.

Però posats a fer, per que no buscar noves maneres més imaginatives de recollir informació? I posats a fer-ho, fem-ho pensant en gran i posant-hi imaginació. Això devia ser el que tenen en ment els que van proposar, dissenyar i construir un sistema que podria ser considerat un telescopi de neutrins. Aquelles partícules tan esquives i que al final no van més de pressa que la llum, ens poden servir per entendre millor encara l’Univers.

El problema és que la matèria resulta pràcticament transparent pels neutrins. La majoria travessen la Terra sense ni adonar-se de la matèria que els envolta. I evidentment també travessaran el sistema de detecció sense afectar-lo. Per resoldre aquest problema el que cal és fabricar detectors molt grans. La idea és que si durant un dia només un de cada milió de neutrins interacciona amb, per exemple un quilo de detector, doncs posem un milió de quilos i segurament trobarem un neutrí cada dia. La xifra és només un exemple, perquè els neutrins interaccionen moltíssim menys, però la idea és fàcil d’entendre. Com que en detectem pocs, fabriquem un detector gegant i en detectarem més.

I no s’han tallat. El detector està fet de gel i mesura aproximadament un quilòmetre cúbic. I, és clar, com aconsegueixes un quilòmetre cúbic de gel? Doncs fàcil: anant a l’Antàrtida i excavant. El gel ja el tens allà, només ha calgut fer uns forats per introduir els detectors. És normal que l’hagin batejat amb el nom de “IceCube”.

El funcionament es basa en que els neutrins, al passar a través del gel interaccionen amb els àtoms de les molècules d’aigua. Això ho farà molt ocasionalment algun neutrí, mentre que la resta passaran de llarg. Però si controlem un volum de gel prou gran, els neutrins detectats seran suficients. Com que el resultat de la interacció entre el neutrí i el gel serà l’emissió d’un tipus particular de llum, si etiquetem aquesta llum sabrem que ha passat un neutrí. I si mirem on s’ha generat la llum i en quina direcció ha sortit, sabrem de quina banda venia el neutrí. Fàcil, no?

El gel antàrtic anava molt bé. Si forades prou fons la foscor permet detectar aquests flaixos de llum. De manera que han fet forats i han anat situant uns cables plens de fotodetectors entre 1,5 i 2,5 quilòmetres de fondària. El resultat és una mena de xarxa de cables enfonsats en el gel que cobreixen una gran superfície i una encara més gran profunditat.

En realitat és un detector de neutrins, però com que ens donarà idea de la direcció que porten, podrem saber quin lloc de l’espai va ser el seu origen. De manera que al final es podrà fer un mapa de fonts d’emissió de neutrins. Després només caldrà anar amb els telescopis convencionals i apuntar als indrets d’origen d’aquestes partícules.

Podríem pensar: però el detector està a l’Antàrtida, de manera que només trobarà les fonts de neutrins visibles des de l’hemisferi sud. Però no! El gran inconvenient dels neutrins (que gairebé no interaccionen amb la matèria) és una sort en aquest cas. El detector també detecta els neutrins que venen de l’hemisferi nord i que han travessat tot el planeta abans de passar per el gel antàrtic. Per tant, es podrà fer una escombrat de tot el firmament sense problemes.

Realment els humans li posem imaginació a l’hora d’esbrinar i entendre el que ens envolta!

7 comentaris

  • Roger Verdaguer

    30/11/2012 16:03

    Cxxxxxs!

    M’he quedat bocabadat. I he rigut i tot d’astorament. Que fort! Que xulo!

    I quan es dóna la interacció no canvien de sentit? Suposo que tot això ja deu estar controlat.

    I vols dir que amb un neutrí al dia es poden obtenir gaires dades com per localitzar fonts d’emissió? Suposo que sí, si han muntat aquest monstre, però me’n faig creus!

    Finalment, només em puc imaginar un curtcircuit allà baix a sota el gel i tot d’espurnes i la detecció a can pistraus hihihi.

  • Jordi

    29/11/2012 14:33

    Una de les qüestions de Sinera és habitual: Per a què serveix? Deixant aplicacions pràctiques a banda, generalment es demana la utilitat a la natura. Però és que les coses no han de tenir una utilitat, simplement són i poden tenir una funció o fer alguna cosa dins del sistema però sense finalitat.

  • Xavier Cerdanyola

    29/11/2012 13:59

    Hola,
    Humilment contestaré a Sinera dient que els neutrins que no xoquen, acabaran fent-ho mes tard o més aviat ¿no?, al cap i a la fí si que interaccionen amb la matèria. Perdó si he ficat el peu a la galleda, però es el meu parer i ho volia compartir amb vosaltres.
    Salut!!!!

  • Joan Codina

    29/11/2012 13:58

    Molt interessant, però deuen haver-ho fet en compte de no carregar-se ni contaminar ecosistemes únics al planeta (espero).

    I responent a Sinera:

    1.- Confirmen un model i serveixen per a conservar el número leptònic en les reaccions febles a més a més de conservar energia i moment (pel que van ser teoritzats). I en quant a utilitat… tenen la mateixa que els electrons (simplement hi són i ens n’aprofitem vilment). I Interaccionen molt dèbilment amb la matèria ja que no tenen interacció de color (forta) ni electromagnètica, a efectes pràctics són mooooolt petits. Hi ha qui diu que el nostre cos només interactua amb un neutrí en tota la nostra vida (alguns tenen més sort i n’enganxen 2 i d’altres cap).

    2.- En algun moment xocaran amb algna partícula i els que no ho fan són víctimes d’un dels efectes més estranys de l’Univers conegut. Canvien de família. El que era un neutrí que només interaccionava amb electrons passa a ser un neutrí que només interacciona amb muons o tauons. Quan interaccionen amb la matèria poden produir una parella electró positró que s’anihila i en veiem la llum, d’altres simplement creen un electró que es mou a grans velocitats en el gel que es produeix l’equivalent a una ona de xoc (però amb llum) i és el que es detecta.

  • Sinera

    29/11/2012 10:41

    Passen de nosaltres sense fer-nos pessigolles! Sempre m’he preguntat dues coses sobre ells:

    1. Se sap per a què serveixen, a part de per justificar el model? Si no intereccionen amb la matèria, a què carai es dediquen?

    2. Si ho travessen tot sense topar amb res… com acaben els seus dies -si és que els acaben- i en què es transformen, els punyeters? Quan xoquen, dius Daniel, que es pot detectar “llum”, és a dir, fotons i potser quelcom més… però els que no xoquen… com acaben els seus dies… si els acaben?

  • Xavier Cerdanyola

    29/11/2012 10:25

    Bé, l’enginy també es una de les virtuds humanes i no tot el que fa l’humanitat ha de ser dolent. Gran noticia per la ciència.
    Sobre el tema de l’efecte hivernacle, res a dir, dintre de poc hi una reunió internacional sobre el tema, però crec que no hi avançarem gaire tal i com va succeïr el 2005 amb el protocol de Kioto

  • Carquinyol

    29/11/2012 9:16

    I just ara que troben una solució tan elegant va l’home i amb l’efecte hivernacle amenaça el gel dels pols !! Si és que no tenim remei !! ;)