El sol se vuelve cada vez más «tan brillante como el sol», gracias a un cuarto de siglo del experimento Borexino

Este proyecto internacional demostró que la energía del sol se genera de diferentes maneras. También se han observado los cambios que se producen en los neutrinos en su camino hacia la Tierra. También se estudiaron los neutrinos procedentes del interior de la Tierra.

Los trabajos en el proyecto Borexino comenzaron en 1996. El propio detector recopiló datos en los años 2007-2021. Ahora los participantes del experimento han terminado de analizar los datos y resumir sus actividades.

¿Qué nos reveló este inusual experimento? – explica un profesor de ciencias en Polonia. Marcin Wojciech es el jefe del grupo de físicos polacos de la Universidad Jagellónica que participan en él Toma riesgos.

caldera solar

«No podemos mirar el núcleo del Sol con los métodos astronómicos tradicionales; sólo vemos la superficie de la estrella en todos los rangos de radiación electromagnética. Sólo los neutrinos nos permiten observar directamente el caldero solar donde se genera la energía. Sin embargo, gracias a esto energía, entre otras cosas, hay vida en la Tierra”, explica el profesor. Wojek.

Entonces, durante 14 años, los científicos han estado monitoreando los neutrinos que llegan hacia nosotros desde el Sol y analizando sus propiedades para comprender mejor lo que sucede dentro de nuestra estrella.

La fusión de dos fusiones.

La energía del Sol se la debemos a la fusión nuclear que allí se produce. Como resultado de esta fusión, los núcleos del elemento más ligero, el hidrógeno, se combinan para formar el núcleo de un elemento más pesado, el helio, liberando moléculas que transportan mucha energía. Esta fusión nuclear en el Sol puede ocurrir de dos maneras. El más importante es el llamado ciclo PP (protón-protón), en el que se produce el 99 por ciento de la energía solar. Una serie de reacciones nucleares, iniciadas por la fusión de dos protones en deuterio, condujeron a la formación de un núcleo de helio estable.

La segunda forma de lograr la fusión nuclear (1% de la energía del Sol) es el llamado ciclo CNO, en el que se puede formar helio en presencia de otros elementos: carbono, nitrógeno y oxígeno, que desempeñan el papel de Catalizador.

Borexino nos ha permitido comprender plenamente no sólo cómo funciona el ciclo del PP, sino también observar por primera vez la existencia del ciclo CNO. Este ciclo juega un papel importante en la producción de energía, especialmente en estrellas más grandes.

Los neutrinos en realidad huelen diferente para nosotros

Otro logro importante de Borexino es el estudio del llamado fenómeno de oscilación de neutrinos, es decir, la transformación de neutrinos de un tipo (sabor) a otro, en la región de baja energía (desde varios cientos de kiloelectronvoltios hasta decenas de kiloelectronvoltios aproximadamente). ).

«Los neutrinos tienen la propiedad de que cuando se mueven a velocidades cercanas a la de la luz, pueden cambiar su estado, por ejemplo, de un neutrino electrónico a un neutrino muónico y luego nuevamente a un neutrino electrónico; esto se llama oscilaciones de neutrinos. La transformación depende de si los neutrinos se mueven en el espacio vacío o en materia densa, como el interior del sol”. Marcin Wojcik.

Calor del suelo

Como parte del experimento, se utilizaron los llamados geoneutrinos, antineutrinos del interior de la Tierra. Provienen de la desintegración de isótopos radiactivos (en las cadenas 238U y 232Th y de la desintegración beta de 40K).

A partir del flujo de geoneutrinos medido en el experimento Borexino, es posible determinar la cantidad de calor generado durante la desintegración radiactiva del uranio y el torio en el interior de la Tierra. Los análisis mostraron que se trata de una potencia de 38 teravatios (1 teravatio equivale a mil billones de vatios). Este valor concuerda bien con la cantidad de calor que se escapa de la superficie de la Tierra estimada por otros métodos. El profesor concluye: “Las mediciones de geoneutrinos confirman que el principal generador de calor que emana de la Tierra es la desintegración radiactiva”. Wojek.

¿Por qué alguien necesitaría un neutrino?

Un físico de la Universidad Jagellónica explica que los neutrinos son probablemente las partículas elementales más comunes en el universo. Se crean durante una serie de procesos, como la desintegración radiactiva, la fusión nuclear en los centros de las estrellas o como resultado de explosiones de supernovas. Cada segundo, miles de millones de neutrinos solares penetran en nuestro cuerpo sin ser notados ni molestados. Sin embargo, los neutrinos rara vez interactúan con la materia.

La oportunidad de identificar neutrinos es capturar estas colisiones únicas. Esto se puede hacer utilizando detectores altamente sensibles, cuidadosamente protegidos de la radiación cósmica y la radiactividad natural.

El sol está debajo de la tierra.

Por eso, el detector del experimento Borexino se colocó en el laboratorio subterráneo italiano de Gran Sasso, en uno de los ramales del túnel de la autopista de 10 kilómetros de longitud que atraviesa el centro de la cordillera del Gran Sasso. La gruesa capa de roca que protege el detector atenúa los rayos cósmicos más de un millón de veces.

Además, el detector BOREXINO tenía forma de cebolla; Sus capas posteriores, que se mueven hacia el centro, protegen mejor el interior del dispositivo de la radiación natural (que surge, por ejemplo, de las rocas).

Casi 300 toneladas del llamado líquido flash. Se trata de materiales en los que aparece un destello de luz cuando es golpeado por una partícula de alta energía, por ejemplo, un neutrino rápido del Sol. Estos destellos son capturados por sensores ópticos ultrasensibles.

En el detector se instalaron más de 2.000 fotomultiplicadores que, como los ojos más agudos del mundo, miraban dentro del detector y buscaban allí pequeños destellos de luz.

Así que la experiencia, desde el punto de vista de un profano, fue bastante extraña: en medio de una montaña, en la oscuridad egipcia, buscaron destellos de luz solar durante 14 años.

Pero esta loca idea funcionó. El profesor Wójcik afirma que el número de neutrinos solares que penetraron en el detector Borexino en un día fue del orden de mil billones de billones (10^21). Sin embargo, el número de interacciones registradas de neutrinos con el detector por día ascendió a unas 200 interacciones, lo que permitió examinarlos bien.

«El detector Borexino ha alcanzado un nivel de pureza sin precedentes en términos de contaminación radiactiva, lo que le otorga una posición única e inigualable entre los muchos experimentos de bajo fondo realizados. Un grupo de físicos de la Universidad Jagellónica ha hecho una contribución destacada para lograr un descubrimiento sin precedentes bajo nivel de pureza”. Fondo del detector Borexino. Esta característica especial fue una condición necesaria para recopilar datos invaluables durante más de diez años de experimentos”, comenta el profesor M. Wójcik.

En resumen, el legado del experimento Borexino no son sólo descubrimientos en astrofísica y física de neutrinos, sino también tecnologías pioneras. “Las técnicas innovadoras estuvieron relacionadas con la purificación sin precedentes de líquidos de isótopos radiactivos, especialmente el centelleador líquido, y la adquisición y purificación de materiales adecuados para la construcción de detectores utilizando métodos originales. El grupo de Cracovia ha hecho una contribución destacada en este campo”, resume el investigador de la Universidad Jagellónica.

El experimento se llevó a cabo en colaboración entre físicos de Italia, Alemania, Francia, Polonia, Estados Unidos y Rusia.

El detector Borexino ya ha sido desmontado. Esto fue necesario debido a las protestas sociales en los pueblos cercanos, porque el centelleador que llenaba el dispositivo era un hidrocarburo aromático tóxico. Por ello, los vecinos temen que entre agua potable a este complejo.

Sin embargo, en el laboratorio subterráneo italiano se están realizando muchos otros experimentos. Por ejemplo, el proyecto DarkSide busca partículas de materia oscura. El programa GERDA/Legend tiene como objetivo detectar la aparición de desintegraciones beta sin neutrinos dobles extremadamente raras. El grupo de Cracovia también participa en esta investigación.

La ciencia en Polonia, Ludwik Tomal

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