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Artículo publicado por Hamish Johnston el 14 de agosto de 2015 en physicsworld.com

La primera observación confirmada de antineutrinos producidos por la desintegración radiactiva del manto de la Tierra ha sido realizada por el detector Borexino en Italia. Aunque tales “geoneutrinos” se habían detectado con anterioridad, es la primera vez que los físicos pueden decir con seguridad que, aproximadamente la mitad de los antineutrinos que han medido, proceden del manto de la Tierra, siendo el resto procedentes de la corteza. El equipo de Borexino también ha sido capaz de realizar un nuevo cálculo sobre cuánto calor se produce en la Tierra mediante la desintegración radiactiva, hallando que es mayor de lo que anteriormente se pensaba. Los investigadores dicen que, en el futuro, el experimento debería ser capaz de medir la cantidad de elementos radiactivos en el manto.


De acuerdo con el modelo BSE (bulk silicate Earth), la mayor parte del uranio, torio y potasio radiactivos en el interior de nuestro planeta, yacen en la corteza y el manto. Contando con aproximadamente el 84% del volumen total del planeta, el manto es la capa rocosa de mayor tamaño, emparedada entre la corteza y el núcleo terrestre. El calor fluye desde el interior de la Tierra hacia el espacio a una tasa de unos 47 TW, pero uno de los grandes misterios de la geofísica es cuánto de este calor procede del momento de formación de la Tierra, y cuánto de la desintegración de las cadenas radiactivas de uranio-238, torio-232 y potasio-40.

Escrutando las profundidades

Una forma de zanjar esta cuestión es medir los antineutrinos producidos la desintegración de estas cadenas. Estas minúsculas partículas atraviesan la Tierra con facilidad, lo que implica que los detectores situados cerca de la superficie podría dar a los geofísicos una forma de medir la abundancia de elementos radiactivos en las profundidades de la Tierra, y y por tanto del calor producido allí.

En 2005, los físicos que trabajaban en el detector de neutrinos KamLAND, en Japón, anunciaron que había detectado 22 geoneutrinos, mientras que Borexino, que ha estado en funcionamiento desde 2007, informó en 2010 de que había observado 10 de tales partículas. Ambos detectores han detectado más geoneutrinos desde entonces y, en conjunto, sus medidas sugieren que aproximadamente la mitad del calor que fluye desde la Tierra es generado por esta desintegración radiactiva, aunque hay una gran incertidumbre en este valor.

Aventura italiana

El detector Borexino está compuesto por 300 toneladas de un líquido orgánico, y se sitúa a gran profundidad bajo una montaña en el Laboratorio Nacional Gran Sasso en Itali, de forma que el experimento quede a salvo de los incómodos rayos cósmicos, que de otro modo ahogarían la señal de los neutrinos. Cuando los electrones del líquido reciben el impacto de un antineutrino, retroceden y crean un destello de luz. En este último trabajo, los físicos de Borexino han analizado un total de 77 eventos en el detector, calculando el equipo, usando datos procedentes de la Agencia Internacional de Energía Atómica (IAEA), que 53 de estos antineutrinos fueron generados en reactores nucleares.

Los restantes 24 geoneutrinos podrían proceder también de la corteza de la Tierra o de su núcleo. Sin embargo, los científicos tienen una idea bastante aproximada de cuánto uranio y torio hay en la corteza, permitiendo a los físicos de Borexino afirmar con seguridad que la mitad de estos geoneutrinos se produjeron en el manto, y la otra mitad en la corteza. Además, los físicos pueden afirman con el 98% de seguridad que han detectado neutrinos procedentes del manto, un nivel de confianza mucho mayor del alcanzado en estudios anteriores.

El equipo también calculó el calor generado por la desintegración radiactiva de la Tierra, y encontró que estaba en el rango de los 23–36 TW. Esto es mucho mayor de las estimaciones anteriores, basadas en suposiciones sobre la cantidad de elementos radiactivos en la Tierra, que están en el rango de 12–30 TW, y también mayores que una estimación basada en anteriores medidas de antineutrinos.

El equipo de Borexino también trató de calcular la proporción de geoneutrinos procedentes de la cadena de desintegración del uranio, y cuál del torio. La desintegración del potasio no se tuvo en cuenta dado que no se espera que tenga una contribución significativa en las cifras detectadas. Los datos sugieren que la proporción actual aceptada de torio a uranio en la Tierra es correcta, pero que la incertidumbre en los datos de Borexino es muy grande. Más datos, dicen los físicos de Borexino, les permitirían realizar medidas más precisas de la contribución del uranio y el torio al calor de la Tierra.

El estudio se detalla en la revista Physical Review D.

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