Cada pocos segundos, en algún lugar del Universo observable, una estrella masiva colapsa y desencadena una explosión de supernova. El observatorio japonés Super-Kamiokande (Super-K) está diseñado para recoger neutrinos de estos cataclismos. Estas partículas subatómicas son fundamentales para entender los procesos internos de las supernovas.
Los neutrinos son extremadamente difíciles de capturar, ya que la mayoría atraviesa la Tierra como la luz atraviesa el vidrio, y Super-K solo captura una pequeña fracción de aquellos que lo atraviesan. Sin embargo, el detector tiene una buena oportunidad de atrapar neutrinos de supernovas porque el Universo debería estar inundado de ellos. El colapso de una estrella libera un número enorme de estas partículas (estimado en alrededor de 1058), produciendo lo que los astrofísicos llaman el fondo difuso de neutrinos de supernova.
Hasta ahora, nadie ha podido detectar este fondo. Los neutrinos solo se han rastreado de manera concluyente hasta una estrella en colapso una vez, en 1987, cuando Nakahata y otros investigadores detectaron partículas utilizando el detector Kamiokande-II, un predecesor de Super-K.
Entre 2018 y 2020, el detector Super-K, un tanque que contiene 50 000 toneladas de agua purificada ubicado bajo un kilómetro de roca se sometió a una mejora importante para aumentar su capacidad de distinguir los neutrinos de supernova de otras partículas. Cuando un neutrino —o más precisamente, su antipartícula, un antineutrino— choca con un protón en el agua, ese protón puede transformarse en un par de otras partículas, un neutrón y un antielectrón. El antielectrón produce un destello de luz mientras viaja a alta velocidad en el agua, y esa luz es capturada por los sensores que recubren las paredes del tanque.
Los científicos han añadido al agua una sal de gadolinio. Esto permite que el neutrón producido cuando un antineutrino golpea el agua sea capturado por el núcleo de gadolinio, que libera un distintivo destello de energía.
Un experimento aún más grande llamado Hyper-Kamiokande, programado para completarse alrededor de 2027, podría mejorar enormemente los resultados de Super-K.
Mostrar que los neutrinos de supernovas distantes que ocurrieron hace miles de millones de años todavía están presentes confirmaría que los neutrinos son partículas estables y no se desintegran en otra cosa, dice Nakahata. Esto es algo que los físicos han sospechado durante mucho tiempo, pero no han podido demostrar de manera concluyente.
