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26 de Enero de 2006

Investigadores de la Universidad del Noreste y la Universidad de California, Irvine, dicen que los científicos podrían tener pronto pruebas de dimensiones adicionales y otras predicciones exóticas de la Teoría de Cuerdas.

Recientes resultados de un detector de neutrinos situado en el Polo Sur, llamado AMANDA, demuestra que estas fantasmales partículas del espacio podrían servir como sondas hacia un mundo más allá de nuestras familiares tres dimensiones, según el equipo de científicos.

Diagrama de IceCube (Cubo de hielo). IceCube ocupará un volumen de un kilómetro cúbico. Aquí mostramos un dibujo de una de las 80 cadenas de módulos ópticos (número y tamaños no a escala). IceTop, localizado en la superficie, contiene un conjunto de sensores para detectar lluvias de aire. Será usado para calibrar IceCube y guiar la investigación de rayos cósmicos de alta energía. Autor: Steve Yunck, Credit: NSF

No se han detectado más de una docena de neutrinos de alta energía hasta ahora. Sin embargo, el actual ratio de detección y rango de energía indica que el sucesor más grande de AMANDA, llamado IceCube, actualmente en construcción, podría proporcionar la primera prueba para la Teoría de Cuerdas y otras teorías que intentan aumentar nuestra comprensión actual del Universo.

Un artículo describiendo este trabajo apareció en el último número de Physical Review Letters. Los autores son: Luis Anchordoqui, científico investigador asociado en el Departamento de Física de la Universidad del Noreste; Haim Goldberg, profesor en el Departamento de Física de la Universidad del Noreste; y Jonathan Feng, profesor asociado en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Irvine.

La prueba, dicen, podría venir de cómo interactúan los neutrinos con otras formas de la materia en la Tierra.

“Para encontrar pistas que apoyen la Teoría de Cuerdas y otras nuevas y audaces teorías, necesitamos estudiar cómo interactúa la materia en energías extremas”, dijo Anchordoqui. “Los aceleradores de partículas fabricados por el hombre no puede aún llegar a generar esas energías pero la naturaleza puede hacerlo en forma de neutrinos de la más alta energía”.

En las últimas décadas, se han desarrollado nuevas teorías – tales como la Teoría de Cuerdas, dimensiones adicionales y supersimetría – para hacer de puente entre las dos teorías más exitosas del siglo XX, la Relatividad General y la Mecánica Cuántica. La Mecánica Cuántica describe tres de las fuerzas fundamentales de la naturaleza: electromagnetismo, nuclear fuerte (une el núcleo atómico) y nuclear débil (vista en radiactividad). Esto es, sin embargo, con la Relatividad General de Einstein, la mejor descripción de la cuarta fuerza, la gravedad. Los científicos esperan encontrar una Teoría Unificada que proporcione una descripción cuántica de las cuatro fuerzas.

Las pistas para la unificación, dicen los científicos, están en las energías extremas. En la Tierra, los aceleradores de partículas hechos por los humanos ya han producido energías a las cuales las fuerzas electromagnética y nuclear débil son indistinguibles. Los científicos tiene ideas sobre cómo revelarán la próxima generación de aceleradores que la fuerza nuclear fuerte es indistinguible de la débil y la electromagnética a energías aún más altas. Aunque para sondear las profundidades y ver la conexión entre la gravedad con las tres otras fuerzas, se necesitan energías aún mayores.

Anchordoqui y sus colegas dicen que las fuentes extragalácticas pueden servir como el acelerador cósmico final, y que los neutrinos procedentes de estas fuentes que chocan con los protones pueden liberar energías en el dominio donde pueden revelarse las primeras pruebas de la Teoría de Cuerdas.

Los neutrinos son partículas elementales similares a los electrones, pero mucho menos masivos, con carga neutra, y difícil interacción con la materia. Están entre las partículas más abundantes del Universo; incalculables miles de millones pasan a través de nuestros cuerpos cada segundo. La mayor parte de los neutrinos que llegan a la Tierra son partículas de baja energía procedentes del Sol.
AMANDA, patrocinado por la fundación Nacional de Ciencia, intenta detectar los neutrinos que nos llueven desde arriba, pero también los que suben desde la Tierra. Los neutrinos son partículas de interacción tan débil que algunos pueden atravesar toda la Tierra y salir indemnes. El número total de neutrinos que “bajan” y “suben” es desconocido; sin embargo, a pesar de los efectos exóticos, los ratios de detección relativa son bien conocidos.

El telescopio IceCube y su predecesor, AMANDA, usan sensores ópticos para localizar las fuentes de neutrinos de alta energía. Esta imagen muestra la imagen en línea de un evento de neutrino grabado por AMANDA. Autor: Jodi Lamoureux, Crédito: NSF

Los detectores de AMANDA están posicionados en las profundidades del hielo Antártico. El IceCube patrocinado por la NSF tiene un diseño similar, solo que tiene unas seis veces más detectores cubriendo un volumen de un kilómetro cúbico. Un neutrino golpeando a los átomos en el hielo emitirá una breve y reveladora luz azul; y usando los detectores, los científicos pueden determinar la dirección de la que vino el neutrino y su energía.

La clave para el trabajo presentado aquí es que los científicos están comparando las detecciones de “arriba” y “abajo” y buscando discrepancias en el ratio de detección, evidencia de uno de los efectos exóticos predicho por las nuevas teorías.

“La Teoría de Cuerdas y otras posibilidades pueden distorsionar los números relativos de neutrinos “abajo” y “arriba”, dijo Jonathan Feng. “Por ejemplo, las dimensiones extra pueden causar que los neutrinos creen microscópicos agujeros negros, los cuales se evaporan instantáneamente y crean espectaculares lluvias de partículas en la atmósfera de la Tierra y en la capa de hielo Antártica. Esto incrementa el número de neutrinos “abajo” detectados. Al mismo tiempo, la creación de agujeros negros provoca que los neutrinos “arriba” sean capturados en la corteza de la Tierra, reduciendo el número de neutrinos “arriba”. Los ratios relativos de “arriba” y “abajo” proporcionan pruebas de las distorsiones en las propiedades del neutrino predichas por las nuevas teorías”.

“Los neutrinos acelerados en el cosmos a energías imposibles de obtener en la Tierra pueden detectar las “huellas” de la nueva física”, dice Goldberg. “El “cuerpo” responsable de las huellas puede entonces emerger a través de experimentos complementarios con la nueva generación de colisionadores hechos por los humanos. En todos los frentes, es una época excitante en la física de alta energía”.

Más información sobre AMANDA y IceCube disponible en el sitio web de IceCube:

http://www.icecube.wisc.edu

Fuente: Universidad del Noreste