Dusel, el laboratorio más profundo del mundo

La mina de oro de Homestake, en las famosas Black Hills, es famoso en el mundo de la astrofísica y la física de partículas. Cerrado en 2001, se convertirá en un laboratorio de investigación de geofísica y física fundamental para convertirse en el laboratorio Dusel, más profundo de laboratorio en el mundo.

Para analizar el interior del Sol, los físicos de partículas y los astrofísicos se adentrarán en la mina más profunda de los Estados Unidos, en Homestake, Dakota del Sur. Bien lejos del ruido de fondo de rayos cósmicos que caen en la atmósfera de la Tierra, los investigadores, como el Premio Nobel de Física en 2002, Raymond Davis, podría «ir de caza» con la llegada de los neutrinos del sol.

En 1968 Raymond Davis fue el primero en detectar neutrinos del sol. Para ello utilizó esta piscina de 6 metros de diámetro y 15 metros de largo, ubicada en la mina Homestake, en Dakota del Sur. El tanque contiene 400.000 litros de líquido para limpieza en seco (percloroetileno). Imagen : Brookhaven National Laboratory

En 1968 Raymond Davis fue el primero en detectar neutrinos del sol. Para ello utilizó esta piscina de 6 metros de diámetro y 15 metros de largo, ubicada en la mina Homestake, en Dakota del Sur. El tanque contiene 400.000 litros de líquido para limpieza en seco (percloroetileno). Imagen : Brookhaven National Laboratory

Sólo interactúan a través de la interacción nuclear débil, estas partículas son muy penetrantes. Producidas en el corazón del Sol por reacciones de fusión termonuclear, que ocurren en unos segundos mientras se estima un promedio de un millón de años de fotones producidos en la misma zona solar, parte de la superficie de nuestra estrella, después de múltiples emisiones de partículas de plasma solar.

Para sorpresa de los teóricos como John Bahcall, sus cálculos, basados en la teoría de la interacción débil y la estructura interna del Sol, siguen prediciendo un flujo tres veces superior al medido por Davis. Este último utiliza un detector con un impresionante depósito que contiene un líquido rico en cloro, que se adapta a la captura de neutrinos del Sol.

El problema que está en debate es el déficit de neutrinos solares apuntando hacia un no-cero en masa de estas partículas, en relación con el proceso de oscilaciones de la conversión de los tres tipos de neutrinos en sí.

L’expérience de Davis ne détectant qu’un seul type de neutrinos, on pouvait réconcilier théories et expériences. Sin embargo, el experimento de Davis sólo detecta un tipo de neutrinos que podrían conciliar la teoría y la práctica. Además de abrir una nueva ventana en la física más allá del Modelo Estándar, se puede esperar que haya que tener en cuenta la materia oscura en el universo de un mar de neutrinos, los fotones más abundantes en el fondo difuso cosmológico.



De hecho, incluso con una muy baja masa, los neutrinos son buenos candidatos para explicar el grupo de galaxias, con sus excedentes de masa no luminosa.  Además, podrían cerrar por el Universo, lo que supone una densidad mayor que el valor crítico.

Las observaciones del fenómeno de la oscilación de neutrinos con el Super-Kamiokande en 1998 mostró que el problema de neutrinos solares no era algo sencillo. Junto con otros experimentos y observaciones de la radiación fósil como sondas por WMAP, que también mostró que la materia oscura podría ser un conjunto compuesto de neutrinos.

Sección de la mina de Homestake

Sección de la mina de Homestake

Otro problema se plantea. Si pudiéramos medir las diferencias entre las masas de los neutrinos, que no era posible determinar la masa de cada uno de neutrinos. Experimentos se están realizando para lograr este objetivo, como Katrin, pero es bastante complicado que tengan éxito.

La mina de oro de Homestake dejó de estar en funcionamiento en el año 2001; sin embargo, los investigadores no han olvidado las cualidades excepcionales de la cueva y Davis durante años, planeaba utilizar en un programa de experimentos a gran escala, enterrados en las profundidades de la Tierra, y cuyo nombre es Deep Underground Science and Engineering Lab (Dusel) El gobernador de Dakota acaba de inaugurar el proyecto.

dusel

Situado a más de 1400 metros por debajo de la superficie de la Tierra, los diversos experimentos relacionados con la física de partículas y la astrofísica y la cosmología que se llevarán a cabo estarán bien aislados del ruido de fondo de la radiación cósmica.La protección otorgada por una profunda roca es la misma que da una profundidad de siete mil metros de agua.  no es más que la que da más de 7.000 metros de agua. Los investigadores podrán salir en busca de partículas de materia oscura, como los Wimps, con una primera experiencia llamada Lux, abreviatura de Large Underground Xenon pero también tratar de aprender más sobre la física de neutrinos.

Otros campos de la ciencia también tendrán su cabida en Dusel. Así, por ejemplo, obtener más información acerca de la formación de la corteza terrestre en América del Norte y los efectos gravitacionales de las mareas en el continente y no sólo los océanos. Varios documentos (en PDF) de la investigación científica que permite Dusel se muestran a continuación.

Física, neutrinos y desintegración doble beta.

Dusel y los neutrinos del sol, de la Tierra y de las supernovas.

Ciencia en el laboratorio de Dusel.

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