¿Cómo pueden los astrónomos señalar la ubicación de la fuente de un neutrino?

Usted afirma correctamente que los neutrinos no interactúan con demasiada frecuencia. El parámetro físico que lo describe es la sección eficaz . Entonces, lo que observas en un detector no es el neutrino en sí, sino partículas secundarias, por ejemplo, muones . Dicho coloquialmente, puede considerar cualquier cosa con alta masa (densidad) entre la fuente de neutrinos y su instrumento (para detectar principalmente las partículas secundarias) como detector de neutrinos. Esto podría ser un gran trozo de hielo (como para el experimento del cubo de hielo ), una cadena montañosa (como para el laboratorio Gran Sasso), o incluso un planeta completo, si los neutrinos incidentes tienen su origen en una estrella situada al otro lado de la Tierra en el momento de la observación. Esto último es posible ya que los neutrinos, por ejemplo, del Sol pueden atravesar todo el planeta sin interactuar con su materia (durante la noche para los científicos que trabajan para el detector).

Permítanme explicarlo con un dibujo que tomé de una entrada de blog de 2018 de la matriz de detectores de muones y neutrinos antárticos (AMANDA) . Los puntos rojos están en la superficie del hielo, las líneas verticales son las perforaciones en el escudo de hielo antártico y los pequeños puntos negros son los PMT, los tubos fotomultiplicadores que detectan la luz de Cherenkov generada por algunos muones rápidos, en la imagen en la parte superior de el cono azul Las lecturas de los PMT (que detectan la luz Cherenkov) se muestran como un código de colores, supongo que la escala de colores se relaciona de alguna manera con el tiempo transcurrido desde el evento desencadenante.

Entonces, ¿cómo sabemos ahora de dónde vino el neutrino? Podemos usar la física de partículas para derivar la velocidad de la partícula secundaria (vector) y de donde vino realmente el neutrino. Esto no es trivial y requiere bastante potencia informática, pero es posible.

Los neutrinos muón de alta energía ocasionalmente interactúan y producen un muón. La energía y el momento deben conservarse en el proceso y el muón se dirige en la misma dirección que el neutrino.

Luego, el muón relativista puede ser rastreado por una red de detectores que son sensibles a la radiación de Cerenkov producida cuando los muones viajan más rápido que la velocidad de la luz en el hielo.

La pista de muones permite medir su cinemática y, por lo tanto, reconstruir de dónde vino el neutrino de origen. Esto se puede hacer potencialmente dentro de unos pocos grados.

Hay menos resolución angular en el caso de neutrinos electrónicos de alta energía. Los muones se producen en interacciones secundarias y hay una "cascada" de leptones cargados a partir de los cuales se puede reconstruir una dirección aproximada.