Los físicos instalaron el detector Borexino,los
tubos fotomultiplicadores permiten detectar los destellos de luz creados cuando los antineutrinos chocan con el detector. Crédito: Cortesía INFN
La primera confirmación del avistamientos de antineutrinos producidos
por la desintegración radiactiva en el manto de la Tierra fue realizada por
investigadores del Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionale
del Gran Sasso, Experiment Borexino detector ubicado en Italia.
A pesar que este tipo de "geoneutrinos"
han sido detectados anteriormente, es la primera vez que los físicos pueden
decir con confianza que la mitad de los antineutrinos que midieron vinieron desde
el manto de la Tierra, y que el resto
proviene de la corteza.
El equipo del Borexino también ha sido capaz de hacer un nuevo cálculo
de la cantidad de calor que se produce en la Tierra por la desintegración
radiactiva, encontrando que es mayor de lo que se pensaba. Los
investigadores dicen que en el futuro, el experimento debe ser capaz también de
medir las cantidades de elementos radiactivos en el manto.
De acuerdo con el modelo Silicato a Granel de la Tierra (BSE – Bulk Silicate
Earth), la mayor parte del uranio radiactivo, torio y potasio se encuentra en los pliegues interiores de la corteza y el
manto de nuestro planeta, el cual representa alrededor del 84% del volumen
total de la Tierra; el manto es la capa rocosa que está cual gran emparedado
entre la corteza y el núcleo de la Tierra. El calor fluye desde del
interior de la Tierra hacia el espacio a una velocidad de alrededor de 47 TW,
pero uno de los grandes misterios de la geofísica es la cantidad de calor que
queda desde cuando se formó la Tierra, y cuánto proviene de las cadenas de
desintegración radiactiva del uranio-238, el torio-232 y el potasio-40.
Mirando a gran profundidad
Una forma de resolver la cuestión es medir los antineutrinos producidos
por estas cadenas de desintegración. Estas pequeñas partículas viajan
fácilmente a través de la Tierra, lo que significa que los detectores situados
cerca de la superficie podrían dar a los geofísicos una forma de medir la
abundancia de elementos radiactivos profundo que existen dentro de la Tierra - y a un metro de
profundidad, por lo tanto, produce calor.
Ya en 2005 los físicos que trabajan en el detector KamLAND
de neutrinos en Japón anunciaron que habían detectado 22
geoneutrinos, mientras que el Borexino, que ha estado funcionando desde 2007, informó en 2010 de que había visto a 10
de estas partículas. Ya que ambos detectores han visto más geoneutrinos y, en
conjunto, sus mediciones sugieren que alrededor de la mitad del calor que sale
de la Tierra es generado por la desintegración radiactiva, aunque existe gran
incertidumbre en este valor.
Aventura italiana
El detector Borexino se compone de 300 toneladas de un líquido orgánico,
que se encuentra muy por debajo de una montaña en el Laboratorio Nacional del Gran
Sasso en Italia para proteger el experimento de los rayos cósmicos no deseados
que de otra manera ahogan la señal de neutrinos. Cada vez que los
electrones en el líquido son golpeados por un antineutrino, retroceden y crean
un destello de luz. En el último trabajo, los físicos del Borexino han
analizado un total de 77 eventos del detector, con el cálculo del equipo - a
partir de datos de la Agencia Internacional de Energía Atómica - que
aproximadamente 53 de estos antineutrinos fueron producidos por los reactores
nucleares.
Los 24 geoneutrinos restantes podrían haber venido de cualquiera de la
corteza de la Tierra o de su núcleo. Sin embargo, los científicos tienen
una idea bastante clara de la cantidad de uranio y torio se encuentran en la
corteza, lo que permite a los físicos del Borexino para decir que la mitad de
estos geoneutrinos se produjeron en el manto y la otra mitad en la corteza.
Por otra parte, los físicos pueden decir con un 98% de confianza de que
han detectado neutrinos en el manto, un mayor nivel de confianza que se logra
en estudios previos.
El equipo también calcula el calor generado por la desintegración
radiactiva en la tierra y nos pareció que estaba en el rango de 23 a 36 TW. Esto
es más grande que las estimaciones basadas en suposiciones acerca de la
cantidad de elementos radiactivos en la Tierra, que están en el rango de 12 a
30 TW, y también de más de una estimación basada en mediciones antineutrinos anteriores.
El equipo Borexino también trató de averiguar qué proporción de los
geoneutrinos que vino de la cadena de desintegración del uranio y cual era la proporción
de la cadena de torio. El decaimientos del potasio no fueron considerados
debido a que no se espera hacer una contribución significativa a los números
detectados. Los datos sugieren que la relación actualmente aceptada de
torio y de uranio en la Tierra es correcta, pero que la incertidumbre en los
valores del Borexino es muy grande. Más datos: Los físicos del Borexino
dicen, deberían dejarlos hacer mediciones más precisas para lograr mejores datos de las contribuciones de uranio y torio
en el calentamiento de la Tierra.
Este trabajo y estudio se encuentra
en un completo informe en Physical Review .
Fuente: Compilado de The PhysicsWorld – 14.agosto.2015 -
Traducción libre de SOCA