Cuando una estrella masiva llega al final de su vida, puede explotar en un proceso conocido como supernova. La estrella masiva, mucho más masiva que nuestro sol, se queda sin combustible en su núcleo. La gravedad obliga al núcleo a colapsar sobre sí mismo, provocando que se forme una onda de choque y arroje material estelar al espacio. Rieles, junto con elementos pesados ​​como el carbono, son expulsados ​​al universo.

Noventa y nueve por ciento de la energía de la estrella, sin embargo, se libera en forma de neutrinos, pequeñas partículas sin carga que apenas interactúan con la materia que las rodea. Cuando algunos de ellos llegan a la Tierra, llegan en tres sabores:electrón, muon y tau, en una ráfaga de unas pocas decenas de segundos de duración. Junto con el hecho de que rara vez interactúan con la materia, cada uno de estos neutrinos contiene solo una cantidad relativamente pequeña de energía, lo que los hace aún más difíciles de observar en la Tierra.

Los científicos han observado neutrinos de supernovas una vez, en 1987. Aproximadamente dos docenas de neutrinos interactuaron en varios detectores de partículas ubicados en todo el mundo, y esos neutrinos nos dieron una idea del ciclo de vida de las estrellas masivas y cómo mueren. Sin embargo, dos docenas de neutrinos no son suficientes para decirnos todo sobre cómo ocurren las supernovas. Existen docenas de teorías y modelos diferentes para describir el proceso de explosión de una supernova. Para describirlo completamente, necesitamos observar más neutrinos de supernovas de colapso del núcleo.

Ingrese al Experimento internacional de neutrinos subterráneos profundos, alojado por Fermilab. DUNE estudiará las propiedades de los neutrinos y buscará nueva física, además de esperar a que lleguen los neutrinos de las supernovas. El experimento comprenderá dos detectores de partículas:un "detector cercano" en Fermilab y un "detector lejano" ubicado 1, A 300 kilómetros de distancia, en la instalación de investigación subterránea de Sanford en Dakota del Sur. El detector lejano es donde se detectarían la mayoría de los neutrinos de supernovas. El enorme tamaño del detector:70, 000 toneladas de argón líquido, junto con su impresionante sensibilidad, significa que se podrían observar miles de neutrinos durante la próxima supernova en nuestra galaxia.

La colaboración de DUNE ha publicado un artículo sobre la capacidad de DUNE para realizar la física de supernovas. El artículo analiza qué tipo de actividad los científicos de DUNE esperan ver en sus detectores durante una explosión de supernova. cómo sabrá DUNE una vez que ocurra una supernova, y qué resultados podrá extraer DUNE de los neutrinos de las supernovas.

DUNE será sensible principalmente al componente de sabor de electrones de los neutrinos, un nuevo tipo para agregar a nuestra colección de datos de neutrinos de supernovas. que hasta ahora se compone únicamente de la muestra de neutrinos antielectrones de 1987. Esta sensibilidad a los neutrinos electrónicos distingue a DUNE de otros experimentos; es el único experimento en el mundo que proporcionará una medición precisa del sabor de los electrones.

Cuando los neutrinos de la supernova y los átomos de argón interactúan, los protones y neutrones que forman el átomo de argón pueden elevarse a un estado de mayor energía. El átomo de argón luego desexcita, y como resultado se puede emitir una variedad de partículas. Estos incluyen rayos gamma, neutrones y protones, todo lo cual podría dejar señales en el detector DUNE. Las firmas primarias que buscará DUNE provienen de los electrones emitidos en la interacción. Tanto las pistas cortas de electrones como las partículas secundarias (incluso "blips" más cortos) constituyen las señales de supernova dominantes en DUNE.

Los neutrinos dejarán la estrella en explosión a medida que se produzca el colapso del núcleo. DUNE debería poder distinguir entre diferentes etapas del estallido de supernova debido a las diferentes interacciones y señales que deja atrás. Esto puede ayudar a imponer restricciones al flujo de supernova (el número de neutrinos que salen de la supernova por segundo) y al mecanismo de explosión.

Diferentes modelos de flujo de supernovas producirán diferentes números de interacciones y señales de neutrinos en el detector DUNE. Para un modelo de flujo en particular, llamado modelo térmico pellizcado, varios parámetros controlan las energías de los neutrinos y el número de interacciones esperadas. El artículo describe el desarrollo de un método que mide los parámetros del modelo de flujo a partir de la señal de supernova DUNE esperada. La señal de DUNE puede verse afectada por las características particulares del detector, umbrales de detector y modelos de entrada. Esas incertidumbres deben tenerse en cuenta para la medición más precisa de los parámetros de flujo.

La colaboración de DUNE investigará las propiedades de los neutrinos y por qué las estrellas mueren mientras los neutrinos lleguen al detector. A medida que los físicos continúan perfeccionando y mejorando el diseño de DUNE, continuarán estudiando los neutrinos para descubrir los misterios detrás de una explosión de supernova con colapso del núcleo.