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» » Proyecto TAUWER, para detectar la energía de los rayos cósmicos

Uno de las preguntas más espinosas que los físicos tratan de resolver versa sobre el origen de la ultra alta energía de los rayos cósmicos.

Las matemáticas dicen que estas partículas transportan más de 10 19 eV (electrón-voltios) desde algún lugar remoto del espacio exterior, son tan enérgicos que no han interactuado con nada antes de llegar a la tierra. Sin embargo, cada año los científicos comprueban evidencias de estas partículas en la atmósfera terrestre. Es tan alta su energía, que llega a ser de varios millones de veces la energía de los protones que se chocan en el Gran Colisionador de Hadrones.

Para desvelar algunos misterios de estos extraños y sobre-estimulados rayos cósmicos, los científicos proponen un nuevo experimento, llamado TAUWER.

"La pregunta del millón es, ¿cómo obtienen esa energía?", espeta James Russ, colaborador de TAUWER, y profesor de física en la Universidad Carnegie Mellon. "No sabemos realmente cuál es el mecanismo".

Una explicación puede ser el rápido rebote entre las ondas de choque de plasma. En lugares críticos, cercanos a un agujero negro, donde la materia se va cargando hasta densidades extremas, los protones pueden rebotar de atrás hacia delante entre los frentes de las ondas de choque, acelerando y cargándose de energía durante miles de millones de años. En un determinado momento, el protón puede escaparse y dirigirse hacia la Tierra en forma de rayos cósmicos de ultra energía (UHECR).

Si estos protones de UHECR se escaparon de sistemas de estrellas, revelaran su existencia a través de una serie de interacciones, por ejemplo, con la producción de neutrinos de ultra alta energía. Neutrinos con energías superiores a 10^16 eV, o sea, de unos mil millones de veces más energéticos que los producidos por las supernovas.

La misión de estos detectores TAUWER, sería la de examinar esas lluvias de partículas provocadas por la interacción estos neutrinos con la Tierra. Las mediciones de esta energía de los neutrinos tau podría dar información sobre los protones UHECR, cuya existencia ahora es sólo una conjetura.

TAUWER no es el único programa que está trabajando con neutrinos para llegar a los rayos cósmicos. El experimento IceCube en el Polo Sur busca neutrinos de baja energía, ya que prueban a detectar a través de una longitud del diámetro de la Tierra, con energías de hasta 10^16 eV. Y están ocupados planificando cómo ampliar su alcance energético.

El TAUWER comienza donde termina el IceCube. Los neutrinos con energías más altas pueden no ser capaces de atravesar el planeta de un extremo a otro, ya que probablemente se perdieran entre las rocas de la Tierra. Pero si ese viaje es lo suficientemente corto, puede que todavía fabriquen su propia salida.

Se trataría de detectar esas partículas que atraviesan por cortes pequeños el planeta, alrededor de 1/13 el diámetro de la Tierra. Los neutrinos pueden entrar, por ejemplo, por San Francisco, y salir a mil kilómetros de distancia, por Salt Lake. Durante estos viajes de fracciones de segundo a través de la tierra, la interacción con las rocas sería lo suficientemente cercana a la superficie de la tierra para que su descendiente, el leptón tau (un primo pesado del electrón) se encaminara desde debajo de la tierra hacia el aire. Si apuntáramos los detectores TAUWER en ángulo hacia la tierra, veríamos la lluvia de partículas en un radio de un kilómetro que surge de la conexión del leptón tau con la atmósfera.

El experimento de Pierre Auger, en Argentina, también ha estado buscando vislumbrar los UHECR por medio de los neutrinos tau, pero con métodos muy diferentes. Intentan detectar los UHECR que entran directamente, sin interrupción, desde el cielo. Los detectores TAUWER, por el contrario, verían los neutrinos tau que vienen rebotados desde abajo de la tierra. Russ imagina buscar estos eventos a la altura de una montaña. La colaboración está explorando ubicaciones de montaña, lugares donde las cadenas montañosas rodean grandes extensiones de tierra, en Europa, México y los EE.UU..

La colaboración está probando actualmente un puñado de los detectores. Una vez que el experimento está funcionando a pleno rendimiento, se encontrará con 2.500 detectores pequeños, cada uno tan alto y ancho como una caja de CD. En grupos de cuatro y separados unos 70 metros de distancia, los detectores formarán un mapa del espectro de energía de los neutrinos tau que surcan la tierra.

Los colaboradores de TAUWER residen actualmente en la Universidad Carnegie Mellon, la Universidad Sapienza de Roma y dos instituciones turcas en las provincias de Bolu y Kars. Su nombre, TAUWER, se deriva de neutrino tau y unos marcos de aluminio, torres (tower), donde se apoyan los instrumentos del experimento.

"Para el próximo verano, habrá que encontrar a esas personas interesadas que, bajo un entorno de hielo y nieve de montaña, quieran emprender este proyecto, ayudando a su buen funcionamiento", comentó Russ.

  • Referencia: SymmetryBreaking.org, por Leah Hesla, 16 de junio 2011
  • Imagen 1: Lluvia de neutrinos tau. Un lugar ideal para observar estos eventos es en una cuenca de montaña. Imagen de Maurizio Iori.
  • Imagen 2: Diseño de los detectores de TAUWER en una ladera de montaña. La línea azul representa una recta de leptones tau emergiendo de la tierra. Las líneas blancas representan las pistas de la lluvia por desintegración de leptones tau. Imagen de Maurizio Iori.

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Editor del blog Pedro Donaire

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