»»» 
muestra cuándo los estudiantes podrían discutir/pensar sobre un tema/concepto. 
indica dónde se introduce una actividad. »»»
IceCube es un detector multipropósito que permite a los científicos abordar varias preguntas en la física moderna, como la naturaleza de la materia oscura o las oscilaciones de los neutrinos. Sin embargo, la razón principal por la cual se construyó IceCube fue para buscar neutrinos de alta energía, que nos pueden ayudar a entender el origen y la naturaleza de los rayos cósmicos.
Una gran parte de la radiación de nuestro universo no proviene de las estrellas si no de objetos más extremos alimentados por agujeros negros y estrellas de neutrones, como las supernovas, los púlsares, y los brotes de rayos gamma. Estos objetos puede acelerar partículas, llamadas rayos cósmicos, a energías un millón de veces superiores a aquellas alcanzadas hoy en día por los aceleradores de partículas en la Tierra.
Desde los años 1960, los científicos han creído que estos poderosos ambientes también producen neutrinos, y que estos pueden ser usados para explorar el universo–de forma parecida a como la luz se usa en los telescopios ópticos. Pero rápidamente se dieron cuenta de que se necesitaría un detector de un kilometro cúbico para realizar este tipo de ciencia.
IceCube, el observatorio de neutrinos en el Polo Sur, es el primer detector de esta clase, diseñado para observar neutrinos provenientes de las fuentes astrofísicas mas violentas en nuestro universo.
Recuerda: IceCube detecta neutrinos con energías generalmente superiores a 50 GeV. Como regla, podemos pensar que los neutrinos con energías por debajo de pocos TeV son probablemente de origen atmosférico, es decir, producidos por el choque de los rayos cósmicos contra la atmosfera. Y aquellos con energías por encima de algunos TeV, tienen más probabilidades de haber sido producidos en fuentes extraterrestres.
También podemos pensar en IceCube como en un inmenso detector de muones, ya que la mayoría de partículas que detecta son muones, aproximadamente un millón por cada neutrino observado. La mayoría de estos muones también son producidos en la interacción de los rayos cósmicos con la atmósfera terrestre.
¿Cómo podemos seleccionar los neutrinos que viene de más allá del sistema solar?
Los científicos suelen referirse a las señales en el detector en las que no están interesados para un determinado análisis como el “ruido de fondo”. Y hablan de “señal” a la información que están buscando.
En el análisis de esta mastercalass, nuestras señales son las de los neutrinos creados en los mismos generadores cómicos que han creado los rayos cómicos, y el inmenso ruido de fondo está compuesto por neutrino y muones atmosféricos.
Criterio de selección. ¿Qué características de los sucesos observados en IceCube pueden usarse para separar la señal del ruido de fondo?
Pista: Piensa en parámetros como la energía, la dirección, o incluso la forma de los sucesos tal y como se ven en IceCube. Esta visualización te puede ayudar a adivinar algunas de la propiedades a considerar.
Aprende cómo los investigadores de IceCube seleccionaron la señal (encontrarás más detalles aquí en la sección “Event Selection”, página 7).
Parece simple, ¿verdad? Veamos si tu también puedes hacerlo. Particle Quiz: selecting neutrinos in IceCube.
El análisis del origen de las trazas: Una búsqueda de neutrinos de alta energía en IceCube
Así es como un análisis publicado por la Colaboración IceCube en Science resolvió este problema: buscaron por un flujo de neutrino de muy alta energía seleccionando aquellos sucesos que empezaban dentro del detector Icecube.
Si se encontraba un flujo, sería el primer flujo de neutrinos de muy alta energía nunca antes medido. Y se necesitaría dar respuesta a dos preguntas:
1) ¿Se produjeron estos neutrinos más allá de nuestro sistema solar?
2) ¿Podemos localizar exactamente qué fuente(s) los crearon?
Echemos una ojeada a los sucesos que se seleccionaron.
Entre los pocos millones de sucesos detectados en IceCube entre Mayo de 2010 y Mayo de 2012, se encontraron 28 neutrinos de muy alta energía. Solo se seleccionaron aquellos sucesos que empezaban en el detector y para los que la energía reconstruida era de por lo menos 30 TeV. Un análisis posterior que incluyó un tercer año de datos encontró 37 eventos de neutrinos de muy alta energía.
Echa una primera ojeada a los 37 sucesos de neutrinos. ¿Puedes adivinar cuáles son los de más alta energía?
Ahora, tómate tu tiempo. Aquí puedes ver cada suceso con más detalle.
Intentemos ahora dar respuesta a la preguntas anteriores. ¿Cómo podemos saber si estas partículas provenían de más allá del sistema solar?
Pista. El equipo de IceCube incluye a físicos teóricos y experimentales.
Vamos a definir las propiedades de nuestro flujo de neutrinos y haremos un gráfico y tablas de estas propiedades. Piensa si esta señal es compatible con suceso del ruido de fondo. Mira a las distribuciones de datos vs las simulaciones y fíjate en como cambian cuando cambiamos el corte en energía.
¿Estamos seguros de si esto es un flujo de neutrinos extraterrestres de muy alta energía? ¿Podemos decir si este resultado es significativo?
Pista. Piensa en como tener más sucesos, más estadística, puede mejorar tu señal, y en si en el caso que hayamos hecho alguna hipótesis de partida, como podemos probar de si esta es total o parcialmente incorrecta.
Ahora ya estamos listos para atacar la segunda pregunta. ¿Podemos localizar la(s) fuente(s) donde se produjeron estos neutrinos?
¡Felicidades! Has sido capaz de reproducir una investigación de la Colaboración IceCube, publicada en Science en Noviembre de 2013.
Para más información:
Lee la noticia sobre este análisis en la web de IceCube (link)
IceCube: A Giant Frozen Neutrino Catcher, post de blog de Matt Strassler.
