Los tres investigadores del IFIC que han participado en el trabajo.

Investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo
Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, y de la
Universitat de Barcelona publican hoy en la revista Nature Physics la primera
tomografía de la Tierra utilizando neutrinos. Esta partícula elemental, una de las más
abundantes del Universo, es capaz de atravesar el planeta sin inmutarse, por lo que
puede aportar valiosa información sobre la distribución de su densidad, especialmente
de zonas poco conocidas como el núcleo interno. Los científicos han utilizado también
por primera vez neutrinos para medir otras propiedades de la Tierra como su masa,
obteniendo resultados acordes con los tradicionales métodos geofísicos. El estudio
utiliza datos del experimento IceCube, el mayor telescopio de neutrinos del mundo
situado en la Antártida.
Los neutrinos son las únicas partículas conocidas que pueden atravesar la Tierra. Esto
es posible porque apenas interactúan con la materia ordinaria, la que vemos en el
Universo y que compone nuestro planeta y a nosotros mismos. Por eso se dice que el
neutrino es la ‘partícula fantasma’, y se requieren enormes detectores para atraparlos.
IceCube utiliza un kilómetro cúbico del hielo del Polo Sur para capturar los neutrinos
con más energía que se conocen, algunos de los cuales proceden de los fenómenos
más extremos del cosmos como agujeros negros o supernovas.
Los neutrinos que tienen más energía son parcialmente absorbidos por los materiales
que componen la Tierra, en una proporción ya establecida por la colaboración
científica internacional que opera el experimento IceCube. Ahora, los investigadores
del Instituto de Física Corpuscular Andrea Donini, Sergio Palomares y Jordi Salvadó,
este actualmente en el Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona
(ICCUB), han relacionado estas tasas de absorción con aproximadamente 20.000 neutrinos de alta energía producidos por el choque de rayos cósmicos en la atmósfera,
conocidos como neutrinos atmosféricos, detectados por IceCube en 2011. Con ellos
han elaborado el primer estudio de la densidad del planeta utilizando esta partícula
elemental.
Según explica Sergio Palomares, investigador Ramón y Cajal del CSIC en el Instituto de
Física Corpuscular, “el uso de neutrinos atmosféricos nos permite disponer de
neutrinos provenientes de todas direcciones, con un amplio rango de energía y un flujo
conocido con bastante precisión. La cantidad de absorción del flujo de neutrinos
atmosféricos depende tanto de la cantidad de material atravesado como de la energía
de los neutrinos, de modo que, estudiando la variación de la cantidad de absorción en
diferentes direcciones para neutrinos de diferente energía, podemos determinar la
distribución de densidad de la Tierra”.
La densidad de la Tierra se calcula tradicionalmente midiendo la velocidad de
propagación de ondas sísmicas producidas por terremotos. Estos datos componen los
modelos geofísicos que establecen valores para la densidad, elasticidad, presión o
gravedad de nuestro planeta. Aunque este método dispone de muchos datos (cada
año se producen unos 100.000 terremotos ‘útiles’ para su estudio), las ondas sísmicas
rebotan en la superficie que separa el núcleo interno (sólido) y núcleo externo
(líquido). “Los neutrinos en cambio lo atraviesan todo, ofreciendo valiosa información
sobre el desconocido núcleo de la Tierra, donde se genera el magnetismo del planeta”,
asegura Andrea Donini, investigador científico del CSIC en el IFIC.
La idea de utilizar neutrinos para estudiar el interior del planeta no es nueva. Hace casi
medio siglo se planteó un método para realizarlo mediante neutrinos creados en
aceleradores de partículas. Recientemente, una técnica similar se empleó para
descubrir una sala oculta en el interior de la pirámide de Keops usando muones
atmosféricos, unos ‘parientes’ del neutrino. Pero hasta la puesta en marcha de
IceCube en 2010 no existía un instrumento capaz de detectar neutrinos de alta energía
que atraviesan la Tierra en cantidad suficiente para llevar a cabo este estudio.
El trabajo publicado hoy muestra cómo se pueden emplear los neutrinos para estudiar
la estructura del interior del planeta, pero los datos utilizados son aún escasos para
competir en precisión con otras técnicas geofísicas. Los investigadores esperan acceder
al conjunto de datos obtenido por la colaboración IceCube desde 2011 hasta ahora, lo
que mejorará la precisión de los resultados, tanto en el manto como en el núcleo
terrestre. Y las perspectivas para esta nueva técnica mejoran con la entrada en juego
de KM3NeT, un nuevo telescopio de neutrinos que se construye en el Mediterráneo,
donde el IFIC lidera la participación española. Con este nuevo experimento se
detectarán neutrinos en ambos hemisferios, posibilitando una imagen más precisa del
interior de la Tierra utilizando esta elusiva partícula.
Más información y contacto:
Donini, A.; Palomares, S.; Salvadó, J. Neutrino tomography of Earth. Nature Physics (2018)
DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-018-0319-1.

 

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