Observatorio de Neutrinos IceCube completa importante actualización en la Antártida
El Observatorio de Neutrinos IceCube, ubicado en la Estación Amundsen-Scott del Polo Sur, ha completado con éxito su primera actualización importante desde su puesta en marcha hace 15 años, lo que aumentará significativamente sus capacidades científicas para detectar y estudiar estas partículas cósmicas casi sin masa.
La actualización del Observatorio de Neutrinos IceCube, liderado por la Universidad de Wisconsin-Madison y financiado principalmente por la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos (NSF), se completó tras tres temporadas de trabajo en el Polo Sur, marcando un hito importante para la física de astropartículas.
Según Marion Dierickx, directora del programa IceCube en la NSF, "esta actualización asegurará el liderazgo continuo de Estados Unidos en física de neutrinos durante los próximos años, allanando el camino para nuevos descubrimientos cósmicos".
El proyecto de actualización consistió en la instalación de seis nuevos cables o "cuerdas" con sensores de luz más densamente distribuidos en la parte inferior central de las 86 cuerdas existentes, añadiendo más de 600 nuevos sensores de luz mejorados e instrumentos de calibración a los ya incrustados en el hielo antártico.
Los neutrinos son partículas subatómicas casi sin masa, eléctricamente neutras y que interactúan raramente con la materia, lo que los hace extremadamente difíciles de detectar. Sin embargo, estas características les permiten atravesar el espacio exterior sin ser desviados, transportando información valiosa sobre sus fuentes cósmicas.
IceCube supera este desafío instrumentando un kilómetro cúbico de hielo antártico con más de 5.000 sensores de luz que capturan los débiles destellos producidos cuando un neutrino interactúa con una molécula de hielo. Estas interacciones generan partículas secundarias cargadas que emiten breves pulsos de radiación Cherenkov, que son captados y amplificados por tubos fotomultiplicadores.
"Colocar nuevos sensores ópticos en el hielo más transparente de la Tierra nos permitirá medir las propiedades de los neutrinos y observar astronomía transitoria con un nivel de precisión nunca antes posible", explicó Albrecht Karle, investigador principal de la actualización de IceCube y profesor de física en la Universidad de Wisconsin-Madison.
La actualización permitirá mediciones más precisas de las propiedades de los neutrinos, como las oscilaciones de neutrinos, un fenómeno cuántico en el que los neutrinos atmosféricos pueden transformarse en diferentes tipos o "sabores": electrón, muón y tau. Con estas mejoras, IceCube se convertirá en el principal experimento de neutrinos para mediciones de oscilación de larga distancia utilizando neutrinos atmosféricos.
Los científicos podrán caracterizar mejor el hielo circundante, lo que conducirá a una reconstrucción mejorada de los neutrinos y a un reanálisis de 15 años de datos archivados. La actualización también mejorará la capacidad de los científicos para determinar la composición de rayos cósmicos y medir neutrinos de supernovas galácticas.
El equipo utilizó un sistema de perforación de agua caliente de 5 megavatios, el más grande del mundo en su tipo, para perforar seis agujeros de aproximadamente 2.600 metros de profundidad en el hielo antártico. El equipo de perforación trabajó las 24 horas del día, tardando aproximadamente tres días en completar cada agujero.
Los nuevos sensores de luz, que incluyen el módulo óptico digital multi-PMT (mDOM) y el "Dual optical sensors in an Ellipsoid Glass for Gen2" (D-Egg), ofrecen entre dos y tres veces más sensibilidad que los sensores que componen el detector actual.
La Universidad Técnica de Múnich (TUM) diseñó y construyó 30 dispositivos de calibración de última generación conocidos como POCAMs (Módulos de Calibración Óptica de Precisión). Según Elisa Resconi, científica de ORIGINS y profesora de Física Experimental con Partículas Cósmicas en TUM, "con los POCAMs, caracterizaremos el hielo antártico con una precisión sin precedentes. Esta calibración mejorada es esencial para reconstruir eventos de neutrinos con mayor precisión y para desbloquear nuevos conocimientos sobre el universo de alta energía".
Las instituciones internacionales de Alemania y Japón contribuyeron con los sensores de luz, mientras que Suecia aportó los cables de superficie. Estados Unidos proporcionó los cables principales y desempeñó un papel central en la coordinación del proyecto, la logística, la perforación y la construcción y prueba de sensores.
"Diseñar, ensamblar y probar el diverso conjunto de fotosensores y dispositivos de calibración en muchas instituciones y países es un testimonio de la experiencia colectiva y el compromiso que hacen que IceCube tenga éxito", afirmó Erin O'Sullivan, profesora asociada de física en la Universidad de Uppsala y portavoz de IceCube.
La actualización también presentó una oportunidad para apoyar otros esfuerzos científicos. En colaboración con el Servicio Geológico de Estados Unidos, el equipo instaló dos sismómetros bajo el hielo antártico, los más profundos del mundo, que ayudarán a los científicos a monitorear terremotos con una claridad sin precedentes. El equipo también recolectó muestras de agua para microbiólogos estadounidenses que buscan signos de vida en el hielo profundo.
Ahora que la actualización está terminada, la puesta en marcha seguirá siendo la principal prioridad para verificar la funcionalidad de los dispositivos recién desplegados. Esta actualización, un paso hacia la propuesta expansión conocida como IceCube-Gen2, que, de realizarse, sería ocho veces el volumen instrumentado de su predecesor, garantizará que IceCube siga a la vanguardia de la astronomía de neutrinos en los próximos años.
"La finalización exitosa de la actualización de IceCube dependió del apoyo crítico de la estación del Polo Sur y los contratistas de servicios antárticos", señaló Vivian O'Dell, directora del proyecto de actualización. "Sus contribuciones esenciales nos permitieron completar toda la instalación en una temporada de perforación a pesar de las condiciones climáticas extremas y las limitaciones logísticas, por lo que estoy profundamente agradecida".
El Observatorio de Neutrinos IceCube cuenta con la colaboración de más de 450 científicos de 58 instituciones de todo el mundo, que ejecutan un extenso programa científico que ha establecido los fundamentos de la astronomía de neutrinos. Hasta la fecha, IceCube ha descubierto neutrinos astrofísicos, identificado dos galaxias como fuentes de neutrinos y observado neutrinos de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.
