Los neutrinos de alta energía son partículas extremadamente raras que hasta ahora han resultado muy difíciles de detectar. Los flujos de estas raras partículas fueron detectados por primera vez por la colaboración IceCube en 2013.

Artículos recientes publicados en Physical Review D y The Astrophysical Journal Letters encontraron que las supernovas cercanas, especialmente las galácticas, serían fuentes prometedoras de neutrinos de alta energía. Esto ha inspirado nuevos estudios que exploran la posibilidad de detectar neutrinos procedentes de estas fuentes utilizando detectores de colisionadores de partículas grandes, como el detector ATLAS del CERN.

Investigadores de la Universidad de Harvard, la Universidad de Nevada y la Universidad Estatal de Pensilvania demostraron recientemente que el detector ATLAS puede medir el flujo de neutrinos de supernovas de alta energía. Su nuevo artículo , publicado en Physical Review Letters , podría inspirar esfuerzos futuros destinados a detectar flujos de neutrinos de alta energía.

“Carlos A. Argüelles, Ali Kheirandish y yo nos conocimos en el taller KITP en Santa Bárbara, y descubrimos que los neutrinos de supernova de alta energía son objetivos prometedores no sólo para los grandes detectores de neutrinos sino también para los detectores de física de partículas”, Kohta Murase, co -autor del artículo, dijo a Phys.org. “Los detectores de colisionadores como ATLAS del LHC pueden ser mucho mejores que los detectores de neutrinos como IceCube para estudiar las propiedades de los neutrinos (aromas, antineutrinos, nueva física, etc.)”.

Ya se conocían las secciones transversales de neutrinos y nucleones, la masa de ATLAS y el flujo esperado de neutrinos de una supernova determinada en función del tiempo. Al considerar juntas una parte integral de estas cantidades conocidas, Murase y sus colegas pudieron estimar la cantidad de neutrinos que interactuarían directamente en el detector ATLAS.

“También tomamos en cuenta los neutrinos que interactúan en la Tierra fuera del detector y producen un muón que podría detectarse dentro del detector”, dijo Alex Y. Wen, coautor del artículo. “Utilizamos un software llamado LeptonInjector, que modeló tales eventos teniendo en cuenta el flujo de neutrinos, la geometría del detector, etc. Estos cálculos nos dieron el número estimado de eventos de señales de neutrinos para una supernova determinada.

“A partir de ahí, basándonos en lo que sabíamos sobre las capacidades del hardware de ATLAS, demostramos que podía distinguir estas señales del fondo y recuperar información importante sobre el neutrino, como su carga y sabor”.

Basándose en sus cálculos, Murase, Wen y sus colegas concluyeron que incluso con estadísticas limitadas, el detector ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN debería poder caracterizar el sabor de los neutrinos. Además, el detector debería poder discriminar entre neutrinos y antineutrinos.

“Muchos estudios previos sobre neutrinos astrofísicos de alta energía se basaron en detectores de gran volumen que usaban agua o hielo (como Super-Kamiokande y IceCube)”, dijo Murase. “Este trabajo demuestra que los detectores de partículas grandes en experimentos con colisionadores, como ATLAS y CMS, que tienen mucha mejor resolución angular y energética y capacidades de identificación de partículas, sirven como detectores astrofísicos de neutrinos únicos. Esto es poderoso y complementario al enfoque convencional”.

Este artículo reciente destaca el potencial de los detectores colisionadores ATLAS y CMS para detectar neutrinos de alta energía originados en supernovas galácticas en el futuro. En el futuro, esto podría inspirar la colaboración ATLAS y CMS para iniciar búsquedas de neutrinos de alta energía en supernovas galácticas, lo que podría ayudar a recopilar nuevos conocimientos sobre estas partículas raras que solo tienen un número limitado de neutrinos.

“Nuestro trabajo añade ATLAS y experimentos similares densamente instrumentados a una red de experimentos que monitorean el cielo en busca de las próximas supernovas galácticas”, dijo Carlos Argüelles-Delgado, otro investigador involucrado en el estudio. “Es muy emocionante para mí pensar en los científicos de una amplia gama de física experimental de alta energía, desde MeV hasta TeV, que están investigando esto”.

Murase, Wen y sus colaboradores planean continuar explorando esta vía de investigación recientemente identificada. En sus próximos trabajos, por ejemplo, les gustaría centrarse en cómo otros detectores de colisionadores podrían contribuir a la observación de neutrinos de alta energía.

“En nuestros estudios futuros, puede ser interesante considerar las perspectivas de otros detectores de colisionadores y las implicaciones para la física más allá del modelo estándar”, añadió Murase.

Fuente: phys.org