Científicos norteamericanos detectan la existencia de dimensiones adicionales
Las colisiones de
neutrinos de alta energía con otras partículas corroboran uno de los
postulados de la Teoría de Supercuerdas
Científicos norteamericanos han detectado por primera vez indicios de la
existencia de otras dimensiones más allá de las tres conocidas.
Utilizando datos del
telescopio Amanda, enterrado en el Polo Sur, han podido observar una
decena de colisiones de neutrinos de alta energía con otras partículas
elementales, obteniendo así la evidencia de las dimensiones adicionales
sugerida por la Teoría de Supercuerdas.
Instalaciones del
telescopio Amanda en la Antártida
Analizando los datos proporcionados por el telescopio Amanda, enterrado
en el Polo Sur, científicos nortemaricanos han observado las colisiones
de neutrinos de una energía 10.000 veces más elevada que la de los
neutrinos que emite nuestro Sol con otras partículas elementales,
obteniendo así la evidencia de la existencia de otras dimensiones.
Los neutrinos son partículas elementales de masa prácticamente nula que
se forman por reacciones nucleares.
Mientras que el Sol y
otros fenómenos cósmicos producen neutrinos de baja energía, los
neutrinos de alta energía se producen por cataclismos cósmicos remotos y
extremadamente violentos, tales como los agujeros negros, las
supernovas y el Big Bang.
Una vez formados por
cataclismos cósmicos, los neutrinos de alta energía se desplazan a una
velocidad próxima a la de la luz y no se detienen nunca. Al tener una
masa prácticamente nula, rara vez colisionan con otras partículas, lo
que les permite desplazarse en línea recta hasta los límites del
Universo atravesando las estrellas, los planetas, los campos magnéticos y
galaxias enteras como si realmente no existieran.
Trillones de neutrinos atraviesan la Tierra cada nanosegundo llevando
consigo información crucial sobre una serie de fenómenos cósmicos y sus
orígenes. Sin embargo, son muy difíciles de detectar, salvo cuando
entran en colisión con un átomo.
La colisión desintegra
el núcleo del átomo y el neutrino se transforma en otra partícula
llamada muon.
El muon así formado continúa su trayectoria y puede ser reconocido por
el destello de luz que engendra. Este destello se conoce con el nombre
de radiación de Cherenkov y se asemeja a las ondas producidas en el aire
cuando es atravesado por una bala de pistola.
Colisiones reveladoras
Científicos norteamericanos, utilizando los datos del telescopio Amanda,
han podido observar la forma en que se producen las colisiones de estos
neutrinos de elevadísima energía con otras partículas subatómicas,
concluyendo que podrían existir en el universo otras dimensiones, aparte
de las tres que nosotros conocemos y que conforman la realidad física
que nos rodea. Un exceso de neutrinos de muy alta energía, como el que
se ha constatado con AMANDA, constituye en sí mismo una señal inequívoca
de la existencia de las dimensiones extras, consideran los
investigadores.
El rastreo de neutrinos
de altísima energía en el Universo y de la forman en que colisionan con
otras partículas sugiere no sólo que existen realmente dimensiones
hasta ahora imperceptibles, sino que admás poseen una energía mucho
mayor de la que podríamos imaginar.
Teoría de Supercuerdas
La existencia de estas dimensiones extras son fundamentales para
explicar la Teoría de las Supercuerdas.
La Teoría de las
Supercuerdas afirma que existen estas dimensiones extras, pero que
serían increíblemente pequeñas, bastante más pequeñas que un átomo, ya
que si fueran de mayor tamaño se habría detectado su existencia.
Pero si realmente existen, estas dimensiones adicionales deberían a su
vez dar lugar a una serie de nuevas partículas con alta masa.
A estas nuevas
partículas se les ha asignado el nombre de “Partículas Kaluza-Klein”
(KK): supuestamente se forman cuando campos de ondas se asocian a
partículas ya conocidas, y viajan dentro de esas dimensiones
adicionales.
Fue para demostrar la existencia de estas partículas que se han diseñado
detectores que permitan estudiar a través de ellas los acontecimientos
cósmicos. Teóricamente, con estos detectores se podría demostrar la
existencia de estas nuevas partículas de dimensión oculta.
Uno de estos detectores
es AMANDA (Antartic Muon and Neutrino Detector Array). Consiste
básicamente en cuerdas sensoras de luz que se entierran a una
profundidad de más de tres kilómetros en los hielos Antárticos y que se
han diseñado específicamente para detectar neutrinos de alta energía.
Si la teoría de las supercuerdas es correcta y si existen las
dimensiones extras, AMANDA debería detectar estos neutrinos de alta
energía provenientes del centro de la Galaxia, del Sol y del núcleo de
la Tierra. Y los primeros indicios de esta constatación es lo que ha
obtenido de momento AMANDA, a través de las
colisiones de estos
neutrinos de alta energía con otras partículas elementales.
El registro de las colisiones de los neutrinos de tan alta energía en el
Universo podría dar la razón a esta teoría en lo que respecta a la
existencia de otras dimensiones, así como constituir una pista de
investigación para la Física, ya que cada vez que los astrónomos abren
una nueva puerta sobre el cosmos, aparecen cosas de las que ni siquieran
sospechaban de su existencia.
Buscando neutrinos bajo el hielo antártico
El funcionamiento de AMANDA.
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| AMANDA |
AMANDA es en realidad un
telescopio rastreador de neutrinos instalado por la Northeastern
University y la University of California, de Estados Unidos, en el Polo
Sur. Su función ha consistido, desde el año 1997, en captar y registrar
las presencias en el universo de muones y neutrinos.
AMANDA consiste en un detector formado por 677 sensores ópticos del
tamaño de una pelota y circulares. Este telescopio rastreador de
destellos de energía se encuentra hundido en el hielo, y los sensores
están suspendidos en cables de fibra óptica como si fueran las cuentas
de un collar. AMANDA es cilíndrico, mide 500 metros de alto y 120 de
diámetro.
Cuando uno de estos
poco comunes neutrinos de alta energía choca con otra partícula, como un
protón o un neutrón, surge un muón, y entonces se genera una estela
similar a un “flash” luminoso, de la mencionada radiación azul de
Cherenkov.
Esta radiación es de tipo electromagnético, y se produce al paso de
partículas por un medio, a velocidades superiores a la de la luz. Es una
onda de choque que produce un brillo azulado. Recibe su nombre del
físico Pavel Alekseyevich Cherenkov, que fue el primero en describirla y
caracterizarla con rigurosidad. La estela producida en el choque es
captada por Amanda gracias a los sensores ópticos que forman el peculiar
telescopio.
Los resultados de esta
investigación ha sido publicados en la revista Physical Review Letters.
La versión íntegra del trabajo se encuentra en Arxiv. La Northeastern
University ha publicado asimismo un interesante comunicado sobre el
descubrimiento.
Hielo profundo
Para registrar neutrinos de esta energía y sus colisiones con partículas
elementales, es preciso vigilar un volumen gigantesco de una sustancia
que sea transparente y que esté al oscuro. Sólo así es posible detectar
la radiación de Cherenkov que deja a su paso un muon.
En un primer momento se pensó en el fondo del mar para detectar estos
destellos cósmicos y se instaló un telescopio en 1980 en las
profundidades oceánicas de Hawai. Sin embargo, las condiciones
meteorológicas y la inestabilidad marina frustraron el proyecto.
Fue de esta forma que
se pensó que el hielo era ideal para el experimento, lo que llevó a la
construcción de la primera generación de detector antártico de muones y
neutrinos (AMANDA). La Segunda generación es elIceCube, que dispone de
5.000 detectores fotomultiplicadores encajados en más de un kilómetro
cúbico del casquete polar, entre 1.400 y 2.400 de profundidad.
Este entorno no sólo
está en total oscuridad, sino que debido a la presión, todas las bolsas
de aire y otros elementos perturbadores han sido expulsados, lo que
permitirá disponer de una transparencia igual a la del cristal.
Las posibilidades de
estudiar así los neutrinos de altísima energía y de verificar la
existencia de otras dimensiones se multiplican, al igual que la
aparición de posibles descubrimientos inesperados.
El IceCube desde 2009 se instaló por iniciativa de la Universidad de
Wisconsin con fondos (295 millones de dólares) aportados por la National
Science Foundation (NSF) de Estados Unidos, junto a diversas
universidades europeas de Suecia, Bélgica, Alemania, Reino Unido y
Holanda.
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