El experimento NOvA, mejor conocido por sus mediciones de oscilaciones de neutrinos utilizando haces de partículas de aceleradores de Fermilab, ha vuelto sus ojos al cielo, examinando fenómenos que van desde las supernovas hasta los monopolos magnéticos. Gracias en gran parte a las capacidades informáticas modernas, los investigadores pueden recopilar y analizar datos para estos temas simultáneamente, así como para el programa de neutrinos primarios del Fermilab del Departamento de Energía de EE. UU. donde se basa.

Los fenómenos astrofísicos más dramáticos que estudia NOvA son las supernovas. Cuando una estrella masiva colapsa, libera el 99% de su energía en una ráfaga de neutrinos. El otro 1% se convierte en una supernova visible, lo suficientemente brillante como para eclipsar a toda una galaxia. Mientras que los neutrinos transportan mucha más energía que las partículas de luz, llamados fotones, los esquivos neutrinos son mucho más difíciles de observar. Cada año se descubren cientos de supernovas de luz visible, pero solo uno desde los albores de la era de los detectores de neutrinos ha estado lo suficientemente cerca como para haber sido visto a través de su firma de neutrinos:SN 1987A, en una galaxia satélite de nuestra Vía Láctea.

Ambos detectores de partículas de NOvA, el detector cercano en Fermilab y el detector lejano en el norte de Minnesota, son capaces de detectar neutrinos generados por supernovas. Cada firma de supernova-neutrino parecería mucho más pequeña que la de un haz de neutrinos generado por un acelerador, pero aún sería observable. Si una supernova naciera en nuestra galaxia, 14 de NOvA, El detector lejano de 000 toneladas vería miles de estos neutrinos en una ráfaga de pocos segundos, y las docenas de detectores cercanos de 300 toneladas.

En un nuevo artículo que se publicará en Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, la colaboración NOvA describe el sistema que se utilizará para disparar en tal ráfaga. Debido a la rareza de las supernovas cercanas y al alto valor de los datos de neutrinos, NOvA utiliza varios sistemas redundantes para garantizar la recopilación de datos de supernovas. Además de ejecutar una búsqueda continua en tiempo real de una ráfaga de neutrinos en sus propios datos, NOvA se suscribe al sistema de alerta temprana Supernova, o SNEWS, una red de experimentos con neutrinos que se alertan mutuamente cuando dos de ellos ven actividad similar a una supernova al mismo tiempo. NOvA también se suscribe a las alertas enviadas por la colaboración LIGO / Virgo cuando se observa un evento de ondas gravitacionales. tratando a cada uno de ellos como una fuente potencial de datos interesantes. Dado que la astronomía de ondas gravitacionales es nueva, hay un gran potencial de sorpresas.

El modelo más simple que explica la mayoría de los eventos de ondas gravitacionales (los agujeros negros que se fusionan en el vacío) no predice las emisiones de partículas. Pero si los agujeros negros se fusionaran en un medio gaseoso, las partículas se acelerarían, posiblemente conduciendo a una señal observable. Otros modelos alternativos más exóticos que explican algunos eventos de ondas gravitacionales también podrían producir una explosión de partículas visibles para NOvA.

Otro escenario que podría desencadenar NOvA es un caso de identidad equivocada, uno en el que una supernova se identifica erróneamente como un evento de ondas gravitacionales de agujero negro. La colaboración realizó una búsqueda de las emisiones visibles para NOvA, que van desde neutrinos parecidos a supernovas hasta lluvias de partículas de alta energía lo suficientemente grandes como para iluminar todo el detector lejano. Todavía, utilizando dos docenas de eventos de ondas gravitacionales informados hasta mediados de 2019, NOvA no ha encontrado ninguna indicación de señal. Este resultado aparece en Revisión física D . NOvA continuará examinando los eventos a medida que se informen. Con las capacidades de los detectores de ondas gravitacionales configuradas para mejorar rápidamente en los próximos años, Habrá muchas más oportunidades para participar en nuevos descubrimientos.

Mas cerca de casa, El detector cercano subterráneo de NOvA se ha utilizado para examinar la variación estacional de los muones de rayos cósmicos subterráneos. Los rayos cósmicos son partículas del espacio exterior que llueven constantemente del cielo. Chocan con partículas en la atmósfera superior, produciendo muones. El número de muones se ve afectado por las condiciones atmosféricas, y el número total de muones que llegan a los detectores subterráneos es mayor en el verano. La atmósfera menos densa del verano favorece la producción de muones, mientras que la atmósfera invernal más densa tiende a degradar la energía de las partículas parentales de los muones. NOvA es el segundo experimento, después de su predecesor MINOS, para observar que esta correlación estacional se invierte cuando los pares de muones llegan simultáneamente, en lugar de muones solitarios, se cuentan. Estos son más comunes en el invierno por razones que no se comprenden bien.

NOvA también utiliza su gran detector lejano para buscar otros fenómenos cósmicos exóticos. En un nuevo artículo sobre arXiv, la colaboración informa sobre la búsqueda de monopolos magnéticos. Estas partículas hipotéticas llevan una sola carga magnética, ya sea un polo norte o sur, pero no ambos. Nunca observado la existencia de monopolos ayudaría a unir las teorías fundamentales en física, además de aportar una simetría satisfactoria a las ecuaciones de Maxwell que describen el electromagnetismo. Los monopolos magnéticos pueden ser un componente raro de los rayos cósmicos, y el detector de distancia NOvA es un detector de rayos cósmicos muy capaz, capaz de observar huellas de partículas detalladas. A diferencia de la mayoría de los detectores de neutrinos anteriores y muchos detectores monopolares anteriores, no es subterráneo. Esto significa que si los monopolos resultan ser partículas relativamente lentas y ligeras, llegarían a NOvA, a diferencia de los detectores utilizados en búsquedas anteriores. Usando un pequeño conjunto de datos iniciales, Los investigadores de NOvA buscaron monopolos en un rango de masas nunca antes buscado. No vieron ninguno, descartando un gran flujo de monopolos ligeros. Examinarán más datos para ajustar estos límites o, Solo tal vez, para descubrir la partícula esquiva.

Los aceleradores cósmicos de la naturaleza continúan proporcionando una física interesante para que los estudie la colaboración de NOvA.