El Observatorio de Neutrinos Super Kamiokande contiene agua de alta pureza que puede disolver metales y detectar supernovas.

El Observatorio de Neutrinos Super Kamiokande está situado a 1000 metros bajo tierra y está equipado con unas 13.000 bombillas gigantes de color naranja. Parece la guarida de un supervillano sacada de una película de ciencia ficción. Ubicada debajo de una montaña en Japón, esta instalación de alta gama tiene la altura de un edificio de 15 pisos. Es parte de un experimento de física que está ayudando a los científicos a detectar neutrinos, que son partículas subatómicas que pueden penetrar objetos sólidos y viajar por el espacio. Estudiar y observar estas partículas puede ayudar a los científicos a detectar supernovas. Lo que también es fascinante de «Super-K» es que contiene agua muy pura que puede incluso disolver metales.

El detector de neutrinos Super Kamiokande enterrado bajo el monte Ikeno tiene la altura de un edificio de 15 pisos. La estructura en forma de tanque está equipada con alrededor de 13.000 tubos fotomultiplicadores y llena de agua de alta pureza.

El Observatorio de Neutrinos Super Kamiokande a menudo se abrevia como «SK» o «Super-K» y está ubicado a 1.000 metros o 3.300 pies bajo tierra en la mina Mozumi de Japón. La estructura consta de un tanque cilíndrico de acero inoxidable de 136 pies de alto y 129 pies de ancho que contiene hasta 50.000 toneladas de agua ultrapura. El tanque está dividido en dos secciones: un detector interior o área «ID» y un detector exterior o área «OD». La región de identificación mide 119 pies de alto y 111 pies de ancho. El rango OD cubre el resto del volumen del tanque. Alrededor de 13.000 tubos fotomultiplicadores están fijados a las paredes, el techo y el suelo de la estructura cilíndrica. Se utiliza una barrera Blacksheet y Tyvek para separar visualmente las regiones OD e ID. El actual Observatorio Kamioka es el sucesor del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos, parte de la Universidad de Tokio. La construcción de la instalación original comenzó en 1982 y finalizó en 1983. El observatorio se construyó originalmente para descubrir si realmente existe la desintegración de protones. Es una de las cuestiones más fundamentales de la física de partículas elementales.

Capaz de detectar neutrinos de alta energía, el Observatorio Super Kamiokande puede resolver algunos acertijos importantes en la física de partículas e informarnos sobre lo que constituye nuestro universo

Las partículas subatómicas llamadas neutrinos están a nuestro alrededor y pasan a nuestro lado todo el tiempo. Los expertos dicen que alrededor de 65 mil millones de neutrinos pasan por cada centímetro cuadrado de espacio cada segundo. A pesar de su frecuente aparición, los neutrinos son extremadamente esquivos. Esto se debe a que son extremadamente pequeños y no tienen carga eléctrica. Por tanto, no podemos utilizar fuerzas electromagnéticas para detectar o estudiar estas partículas.

Según Neil DeGrasse Tyson, los neutrinos son capaces de «…penetrar cien años luz de acero sin siquiera reducir la velocidad». Gracias al Observatorio Super-K, los científicos finalmente pueden capturar y estudiar estas elusivas partículas.

Quizás se pregunte por qué es tan importante capturar neutrinos. Detectar estas partículas de alta energía es el primer paso hacia la comprensión de la desintegración de protones y el estudio de los neutrinos atmosféricos y solares. Además, el Observatorio Super Kamiokande también detectará explosiones estelares, las llamadas “supernovas”. En pocas palabras, si una estrella de nuestra galaxia explota y se convierte en un agujero negro, el Observatorio Super-K puede detectar los neutrinos liberados como resultado de este evento cósmico. Las explosiones de supernovas también son eventos raros.

Los científicos predicen que un evento de este tipo podría ocurrir una vez cada 30 años dentro del área cubierta por Super-K. Entonces, si se lo pierden una vez, ¡tendrían que esperar otras tres décadas para estudiar el siguiente!

El método para capturar estos neutrinos también es fascinante. Esto se logra mediante la combinación de agua ultrapura y tubos fotomultiplicadores

Como se mencionó anteriormente, la estructura cilíndrica contiene 50.000 toneladas de agua de alta pureza. Cuando un neutrino interactúa con los electrones del agua, crea una partícula cargada que puede viajar más rápido que la velocidad habitual de la luz en el agua. Imagínese esto: si un avión vuela más rápido que la velocidad del sonido, es probable que produzca una gran onda de choque. Produce un ruido mucho más fuerte que el de un avión que vuela a velocidad normal. Cuando los neutrinos viajan en el agua a una velocidad superior a la de la luz, producen una onda de choque o cono de luz llamada «radiación Cherenkov». Esta onda de choque luego es captada por los tubos fotomultiplicadores, que parecen bombillas doradas gigantes.

Los tubos fotomultiplicadores son algo así como lo opuesto a las bombillas normales. En lugar de emitir luz, son increíblemente buenos para detectar incluso las cantidades más pequeñas de luz y convertirlas en corriente eléctrica. De esta manera, los esquivos neutrinos se hacen visibles.¡El agua del tanque es tan pura que puede filtrar los nutrientes del cabello e incluso disolver el metal!

El agua del tanque debe ser extremadamente pura. De lo contrario, los tubos fotomultiplicadores no podrán captar las débiles ondas de luz. El agua se filtra y vuelve a purificar constantemente e incluso se expone a la luz ultravioleta para eliminar bacterias y otros contaminantes. Esta agua de gran pureza en realidad tiene propiedades alcalinas y ácidas. Esto significa que si te sumergieras en esta agua, experimentarías una exfoliación significativa. Por eso los investigadores y el equipo de mantenimiento siempre utilizan embarcaciones neumáticas.

Una vez, mientras realizaba trabajos de mantenimiento dentro del tanque, un físico sumergió accidentalmente la punta de su cabello en el agua. Más tarde esa noche lo despertó la peor picazón en el cuero cabelludo. Cuando ya no pudo dormir, se dio cuenta de que su cabello debía haberse mojado y que el agua le había quitado los nutrientes del cabello y del cuero cabelludo. Inmediatamente se levantó y le dio a su cabello un vigoroso tratamiento para remediar la situación. Otro investigador afirmó que cuando el tanque se vació por completo en el año 2000, descubrieron la silueta de una llave inglesa en el suelo. Esto sólo puede significar una cosa: cuando se llenó el depósito en 1995, alguien había dejado accidentalmente una llave inglesa y en cinco años el agua ultrapura había disuelto por completo la herramienta de metal.

Actualmente se está construyendo un observatorio de neutrinos mejor y más avanzado cerca de Kamioka, en Japón.

Si el Super Kamiokande parece impresionante ahora, el Hyper Kamiokande seguramente sorprenderá al mundo. La nueva instalación formaría parte del Observatorio Kamioka y sería 20 veces más grande que Super-K. La construcción comenzará en abril de 2020.

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