Diseño del telescopio de neutrinos P-ONE planeado en el Océano Pacífico (izquierda). El telescopio tendrá una estructura modular y constará de siete segmentos detectores idénticos (derecha), el primero de los cuales se instalará en 2023/24. Crédito:Elisa Resconi / TUM
El observatorio de neutrinos 'IceCube' en las profundidades del hielo del Polo Sur ya ha aportado nuevos y espectaculares conocimientos sobre los incidentes cósmicos de energías extremadamente altas. Para investigar los orígenes cósmicos de partículas elementales con energías aún más altas, La profesora Elisa Resconi de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha comenzado una iniciativa internacional para construir un telescopio de neutrinos de varios kilómetros cúbicos de tamaño en el noreste del Pacífico.
Los astrónomos observan la luz que nos llega de objetos celestes distantes para explorar el Universo. Sin embargo, la luz no nos dice mucho sobre los eventos de mayor energía más allá de nuestra Galaxia, como los chorros de núcleos galácticos activos, estallidos de rayos gamma o supernovas, porque los fotones en el rango superior de rayos gamma pierden sus energías extremas en su largo camino a través del Universo a través de la interacción con otras partículas.
Como la luz los neutrinos atraviesan el espacio a la velocidad de la luz (casi) pero interactúan muy raramente con otras partículas. Mantienen su energía y dirección, lo que los convierte en mensajeros únicos del universo de más alta energía.
Mensajero de eventos cósmicos distantes
Desde el 2013, cuando el Observatorio IceCube Neutrino detectó neutrinos extragalácticos por primera vez, Los astrofísicos se han esforzado por comprender de qué fuentes cósmicas provienen y qué mecanismo físico los ha acelerado a energías tan extremas.
Sin embargo, para resolver el rompecabezas, Se requieren más detectores con volúmenes aún mayores que los del Observatorio IceCube de un kilómetro cúbico. Debido a que los neutrinos no se pueden observar directamente, solo a través de la radiación de Cherenkov, los detectores deben estar ubicados en hielo o agua.
A bordo del John P. Tully, un equipo de Ocean Networks Canada se está preparando para anclar el experimento de exploración STRAW para el telescopio de neutrinos P-ONE planeado en la cuenca de Cascadia en el Océano Pacífico (verano de 2018). Crédito:Ocean Networks Canada
Iniciativa para un nuevo telescopio de neutrinos en el Pacífico
Prof. Elisa Resconi, portavoz del Collaborative Research Center 1258 y Cátedra Liesel-Beckmann de Física Experimental con Partículas Cósmicas en TUM, ha comenzado una iniciativa internacional para un nuevo telescopio de neutrinos ubicado en el Océano Pacífico frente a la costa de Canadá:el Experimento de Neutrinos del Océano Pacífico (P-ONE).
Para ese propósito, Resconi se ha asociado con una instalación de la Universidad de Victoria, Ocean Networks Canadá (ONC), uno de los observatorios oceánicos cableados más grandes y avanzados del mundo.
Condiciones ideales para un observatorio de neutrinos
El nodo de la red ONC en la cuenca de Cascadia a una profundidad de 2660 metros fue seleccionado para P-ONE. La extensa llanura abisal ofrece las condiciones ideales para un observatorio de neutrinos que abarca varios kilómetros cúbicos.
En verano de 2018, ONC ancló un primer experimento de pionero en la cuenca de Cascadia:el experimento STRAW (Strings for Absorption length in water), dos cuerdas de 140 metros de largo equipadas con emisores de luz y sensores para determinar la atenuación de la luz en el agua del océano, un parámetro crucial para el diseño de P-ONE. En septiembre de 2020, Se instalará STRAW-b, un cable de acero de 500 m con detectores adicionales. Ambos experimentos fueron desarrollados y construidos por el grupo de investigación de Resconi en el Departamento de Física de TUM.
Tres de los diez módulos detectores del experimento Pathfinder STRAW-b que explora la Cuenca de Cascadia en el Océano Pacífico en preparación para el telescopio de neutrinos P-ONE planeado. Los módulos se suspenderán de un cable de acero de 500 metros de largo que se anclará en el fondo marino a una profundidad de 2, 660 metros a finales de septiembre de 2020. Contienen sensores que medirán temperaturas, corrientes y bioluminiscencia en las profundidades del mar, entre otras cosas. Una característica especial de los módulos:contienen obras de arte de jóvenes artistas internacionales que crean una conexión entre la tierra y las profundidades marinas y, por lo tanto, convierten el experimento del pionero en una exposición submarina única. Crédito:Simon Freund
Próximos pasos en 2023/24
El primer segmento de P-ONE, el Explorador de Neutrinos del Océano Pacífico, un anillo con siete cuerdas de 1000 metros de largo con 20 detectores cada una, Está previsto que se instale en la temporada de operaciones marítimas de ONC en 2023/24 en colaboración con varias universidades canadienses.
"Los neutrinos astrofísicos han desbloqueado un nuevo potencial para hacer avanzar significativamente nuestro conocimiento del universo extremo, "dice Darren Grant, profesor de la Universidad Estatal de Michigan (EE. UU.), y portavoz de la colaboración IceCube. "P-ONE representa una oportunidad única para demostrar el despliegue de detectores de neutrinos a gran escala en las profundidades del océano, un paso crítico para alcanzar el objetivo de un observatorio de neutrinos conectado globalmente que proporcionaría la máxima sensibilidad de todo el cielo a estos mensajeros cósmicos ideales ".
Elisa Resconi anticipa que P-ONE con sus siete segmentos se completará a finales de la década. "El experimento estará perfectamente equipado para descubrir la procedencia de los neutrinos extragalácticos, "dice Resconi, "pero lo que es más, Los neutrinos de alta energía también tienen el potencial de revelar la naturaleza de la materia oscura ".
El proyecto P-ONE incluye la Universidad Técnica de Munich (Alemania), Universidad de Victoria y Ocean Networks Canadá, Universidad de Alberta, Universidad de Queen, Universidad Simon Fraser (todo Canadá), Universidad Estatal de Michigan (EE. UU.), Observatorio Europeo Austral, Universidad Goethe de Frankfurt, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, e Instituto Max Planck de Física (toda Alemania).
El proyecto recibe el apoyo de Ocean Networks Canada, una iniciativa de la Universidad de Victoria financiada en parte por la Fundación de Canadá para la Innovación. Este trabajo está financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) a través de la subvención SFB 1258 "Neutrinos y materia oscura en la física de astros y partículas" y el grupo de excelencia "Origen y estructura del universo".
Una característica especial de los módulos:contienen obras de arte de jóvenes artistas internacionales que crean una conexión entre la tierra y las profundidades marinas y, por lo tanto, convierten el experimento del pionero en una exposición submarina única.
