Original article: http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/physics/srn-e.html

La búsqueda de Neutrinos Relic Supernovas



Remanente de supernova en el universo

En febrero de 1987 el detector Kamiokande descubrió los primeros neutrinos del estallido de supernova. (Véa más aquí) Desde entonces, no había más la explosión de supernova en nuestra galaxia o cerca de la galaxia y por eso desde aquel momento no hemos observado ningunos neutrinos del estallido de supernova.

Las explosiones de supernova en nuestra galaxia son poco frecuentes, pero las supernovas por sí mismas ocurren muy a menudo. Como promedio, hay un colapso central de supernova (ccSN) en algún lugar en el universo cada segundo. Los neutrinos que emiten todas ccSN cuando el comienzo de la formación estelar cargó el universo. Nos referimos a este tipo de flujo inadvertido como Diffuse Supernova Neutrino Background (DSNB) también se conoce como los neutrinos relic de supernova.

El descubrimiento de los neutrinos relic de supernova nos permite investigar la historia de la formación estelar que es un factor clave en cosmología, nucleosíntesis y la evolución estelar. Además, el estudio de estallidos de supernova que produce y dispersa los elementos más pesados de helio es muy esencial comprender muchos aspectos del universo actual.

Un nuevo método de la detección de los neutrinos relic de supernova.

El flujo de los neutrinos relic de supernova se espera tener la velocidad de varias decenas por centímetro cuadrado por segundo. Hay muy pequeñas comparaciones con el flujo de neutrinos de energía más alta: seis millones por centímetro cuadrado por segundo. Existen diferentes modelos teoréticos pero hay hasta cinco neutrinos relic de supernova superior a 10 MeV al año se esperan interactuar a Super-Kamiokande. Sin embargo, para separar las señales de DSNB poco frecuentes de los neutrinos solar y otros antecedentes que son más frecuentes necesitamos un nuevo método de detección.


Los estallidos de supernova genera todos los tipos de neutrinos, sin embargo, por con su mayor superficie en la sección, los neutrinos anti-electrónes son los neutrinos más detectados con el detector de agua de Cerenkov tal como Super-Kamiokande. Aproximadamente 80% de actos de la detección de los neutrinos de supernova son las interacciones del inverso beta
: un neutrino anti-electrón interactúa con el protón que al fin recibimos el positrón y un neutrino en su estado final. Super-K puede detectar el positrón relativista porque puede emitir la luz del detector Cerenkov. Pero para identificar la señal que sale del neutrino anti-electrón necesitamos detectar no sólo el positrón sino también el neutrino.

 

Pensamos en disolver una concentración del 0.2% de un compuesto de gadolinio en Super-Kamiokande con el fin de detectar el neutrino. La sección transversal de gadolinio es muy grande para capturar al neutrino y además, luego el gadolinio emite una cascada de los rayos gamma visibles después de la reacción de captura. La detección coincidente de la luz de positrón del detector Cerenkov ocurrida poco después prácticamente en el mismo lugar seguido por una lluvia de los rayos gamma, servirá para la identificación positiva de las reacciones beta de inverso en el detector.

Al haber añadido el gadolinio al Super-Kamiokande, esperamos recibir aproximadamente 20 señales de los neutrinos relic de supernova que casi no tiene el antecedente tras cinco años de los datos. Esto será la primera observación mundial de DSNB. La misma coincidencia técnica también permitirá a Super-K elaborar las estadísticas muy altas para medir el flujo del neutrino anti-electrón y el espectro de todos reactores de energía nuclear que puede proporcionar la determinación más preciso del mundo acerca de los parámetros mezclados que conectan los dos primeros generaciones de neutrinos.

La prueba de Principio Experimento está en marcha

Super-Kamiokande quiere seguir observando precisamente los neutrinos solares, atmosféricos y artificiales, por eso es necesario confirmar que si añaden el gadolinio no habrá un efecto malo atrás las observaciones de neutrinos. Por lo tanto, hemos excavado un nuevo canal de irradiación para los estudios dedicados de gadolinio R&D; está situado cerca del detector Super-Kamiokande en la minería Kamioka. El centro de pruebas de gadolinio consiste en un tanque de acero inoxidable de 200 toneladas que contiene los tubos fotomultiplicadores de 240 50-cm (los tubos de 227 50-cm son del mismo tipo que tiene Super-K y 13 de ellos son prototipos para Hyper-Kamiokande), la electrónica de DAQ, el equipo de calibración, el dispositivo de medición de atenuación de agua y el sistema de filtración selectivo del agua que necesita para mantener el agua pura y con mismo gadolinio disuelto en solución.

 

テスト用200トンタンクEl nuevo laboratorio preparado para el centro de pruebas de gadolinio estaba listo en marzo de 2010 y el tanque principal de 200 toneladas estaba preparado en junio de 2010. Las pruebas de desempeño del sistema innovadora de la circulación selectiva de agua con y sin gadolinio sulfato disuelto en el tanque principal cumplieron desde 2011 hasta el inicio de 2013. En agosto de 2013 instalaron los tubos fotomultiplicadores en el tanque y los conectaron al sistema de DAQ cambiando el tanque de pruebas de 200 toneladas al detector operativo. A los inicios de 2014 fue mejorado el sistema de la filtración de agua y en noviembre en el mismo año el detector operativo de 200 toneladas fue cargado poco a poco con gadolinio. A fines de abril de 2015 hemos conseguido la concentración deseada de 0.2% de gadolinio sulfato en masa.

タンク内部


Desde entonces hemos confirmado que la longitud de atenuación de agua en el detector Gd de pruebas que está completamente cargado está mantenido en el mismo nivel que la longitud de atenuación del agua ultrapura en Super-Kamiokande. Otras actividades sobre la calibración nos permitieron observar las cascadas de rayo gamma emitido por el gadolinio seguido por la cpatura de neutrino y también pudimos confirmar que nuestros simulaciones de esa tecnología nueva del agua de Cerenkov son exactas y confiables. Estamos muy cerca de esa prueba de principio experimento.



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