El observatorio de neutrinos Super-Kamiokande puede detectar diferentes tipos de fenómenos relacionados con los neutrinos, incluyendo explosiones de supernovas en nuestra propia galaxia. Normalmente está lleno de agua pura, pero recientemente ha recibido una dosis del gadolinio, un elemento de las tierras raras. Esto le dará al observatorio la capacidad de ver explosiones de supernovas también en galaxias más distantes.

Enterrado a 1 kilómetro bajo tierra cerca de la ciudad de Hida, en el centro de Japón, hay un enorme cilindro de 40 metros de altura y lleno con 50 millones de litros de agua. Este es el observatorio de neutrinos Super-Kamiokande, y desde 1996 ha estado observando neutrinos, partículas subatómicas, de solar, extrasolar fuentes terrestres y artificiales. Detecta estas partículas con sensores ópticos de alta sensibilidad que registran diminutos destellos de luz que ocurren cuando un neutrino interactúa con una molécula de agua.

Los sensores deben ser muy sensibles ya que los eventos de neutrinos son difíciles de registrar. Los neutrinos tienen tan poca masa que en su mayoría atraviesan materia ordinaria como si no estuviera allí, interactuando solo en raras ocasiones. Construyendo el observatorio a gran profundidad bajo tierra, Ayuda a bloquear otros tipos de partículas y radiación, pero permite que los neutrinos entren en la cámara. algo así como un filtro. Las características específicas de los destellos de luz les dicen a los investigadores sobre el tipo de neutrino que acaban de detectar, ya que hay varios tipos diferentes relacionados con los diversos fenómenos que los crean.

Los investigadores están interesados ​​en observar neutrinos antielectrónicos en particular, ya que pueden decirnos una cantidad sorprendente de cosas sobre nuestro universo. Aunque ya se ha detectado una supernova en nuestra propia galaxia, ocurren solo en raras ocasiones, con varias décadas de diferencia. Entonces, los investigadores miran más lejos a las supernovas que ocurrieron hace miles de millones de años en galaxias distantes, pero hay una trampa.

Las señales de neutrinos de estas supernovas distantes son muy débiles y difíciles de distinguir del ruido de fondo. Los destellos reveladores que significan un evento de supernova necesitan un impulso para ayudar a los investigadores a extraer la señal. La solución es agregar una impureza al agua que crea destellos brillantes en respuesta a los neutrones causados ​​por las interacciones antielectrón neutrino, pero no afecta de otra manera las observaciones en Super-Kamiokande.

Los investigadores han mezclado varias toneladas del gadolinio, un elemento de las tierras raras, en el agua por lo demás pura. El gadolinio interactúa con los neutrones producidos por ciertas interacciones de neutrinos, y emite un destello de rayos gamma fácilmente detectable. Estos destellos informan indirectamente a los investigadores sobre los neutrinos que los causaron. Inicialmente, Se han agregado 13 toneladas de un compuesto de gadolinio, dando una concentración de gadolinio de aproximadamente 0,01%. Los investigadores aumentarán esto para mejorar aún más la sensibilidad a los eventos de neutrinos.

"Con una concentración de gadolinio del 0,01%, Super-Kamiokande debería detectar neutrones de colisiones de neutrinos con una eficiencia del 50%, ", dijo el profesor Masayuki Nakahata, que está supervisando este proyecto." Planeamos aumentar la concentración en unos pocos años para aumentar la eficiencia. Espero que podamos observar neutrinos de antiguas supernovas dentro de unos años ".