¿Qué vemos exactamente en la famosa imagen de neutrinos del sol?

Question

Una respuesta a la pregunta Si pudiéramos construir un telescopio de neutrinos, ¿qué veríamos? contiene un enlace a una imagen de neutrinos del sol por el detector de neutrinos Super-Kamiokande.

Allí se dice que la imagen cubre en realidad una gran parte del cielo de unos 90x90 grados. Como el diámetro del sol desde la tierra es de aproximadamente medio grado, debe ser que muchos de los neutrinos no vinieron directamente hacia nosotros. Esto parece sorprendente (para mí), ya que los neutrinos apenas deberían interactuar con la atmósfera. ¿Tal vez los pocos píxeles centrales de la imagen son extremadamente más brillantes que los demás, pero esta imagen no muestra la diferencia entre esos y los píxeles circundantes? ¿O está ocurriendo algo más?

Answer 1

El detector que tomó esa imagen -Super Kamiokande (super-K para abreviar)- es un dispositivo Cerenkov de agua. Detecta los neutrinos tomando imágenes del cono de Cerenkov producido por los productos de reacción de los neutrinos. En su mayoría, se trata de una dispersión elástica de los electrones: $$ \nu + e \to \nu + e \,,$$ pero también reacciones cuasi-elásticas como $$ \nu + n \to l + p \,,$$ donde el neutrón proviene del oxígeno y $l$ significa un leptón cargado correspondiente al sabor del neutrino (por razones energéticas siempre un electrón de los neutrinos solares, pero también obtienen muones de los neutrinos atmosféricos y de los aceleradores---Super-K es el detector lejano de T2K).

Entonces reconstruir la dirección en la que el leptón se movía (que está correlacionada con la dirección del neutrino, pero no es idéntica). Este método de apuntado indirecto explica la escasa resolución angular de la imagen.

Answer 2

Los neutrinos son viniendo directamente hacia nosotros. De hecho, sus interacciones con cualquier cosa en el camino son mínimas en el mejor de los casos.

La razón por la que la imagen es tan grande es que la resolución angular del detector es bastante pobre (en comparación con, por ejemplo, un telescopio óptico). Esto no es inesperado cuando se trata de telescopios de neutrinos. Los detalles del funcionamiento del detector son complicados, pero por ejemplo Notas de Wikipedia sólo hay unos 11.000 tubos fotomultiplicadores (esencialmente píxeles). Y me sorprendería que las direcciones de los neutrinos pudieran localizarse incluso tan bien.

Por cierto, los neutrinos producidos en el Sol provienen de reacciones nucleares, por lo que sólo se producen en el núcleo. Una imagen de alta resolución de los neutrinos del Sol sería bastante más pequeño que la imagen óptica.