Los misteriosos neutrinos

Los neutrinos son considerados a veces como partículas fantasmas, y a los que así los llaman no les falta razón. Durante veintiséis años fueron solo una hipótesis del físico austríaco Wolfgang Pauli, quien en 1930 observó que en la desintegración β de un neutrón se producía una pérdida de energía. Pauli atribuyó esta pérdida de energía a que en la citada reacción se generaba una partícula hasta entonces desconocida, que dos años más tarde fue bautizada por el físico italiano Enrico Fermi con el nombre de neutrino. Fermi fue el primero que relacionó la generación de neutrinos con la fuerza débil W.

En 1956, los físicos Clyde Cowan y Frederick Reines consiguieron crear un cañón de neutrinos en una central nuclear. Desde su predicción hasta su detección habían pasado veintiséis años. A mediados de los años 60, los físicos Weinberg, Salam y Glasgow elaboran la teoría de la fuerza electrodébil, que unifica la electricidad, el magnetismo y la fuerza débil, con la cual los neutrinos pasan a formar parte del Modelo Estándar. La figura siguiente recoge todas las partículas del Modelo Estándar. Las seis partículas de la corona superior son los seis quarks.

 

¿Cómo son los neutrinos? Los neutrinos son partículas cuya masa es un millón de veces más pequeña que la de un electrón; no tienen carga eléctrica; su espín puede tomar los valores de ±1/2; por su pequeña masa viajan a una velocidad casi igual a la de la luz; no interaccionan con nada y pueden atravesar todos los cuerpos conocidos; solo interaccionan por medio de la fuerza débil, W, que es la responsable de que unas partículas puedan mutar a otras; los neutrinos son hermanos de los electrones y se presentan en tres variantes distintas llamadas sabores, que se denominan neutrino electrónico, neutrino muhónico y neutrino tauónico, que pueden mutar entre sí. Esta transmutación recibe el nombre de oscilación, y aunque sus fundamentos no se conocen, su existencia quedó confirmada por los experimentos de Arthur Mcdonald y Takaaki Kajita.

¿Dónde se producen? Los neutrinos se producen en las reacciones nucleares del sol, en las centrales nucleares, en los rayos cósmicos, en las supernovas y también en los aceleradores de partículas. También pudieron crearse neutrinos en el Big-Bang. La figura de la cabecera representa cómo se generan los neutrinos en las reacciones solares. El electrón y el protón reaccionan entre sí por medio de la fuerza débil W, dando como resultado un neutrino, un neutrón y una enorme cantidad de energía que es la que recibimos en forma del campo electromagnético que llamamos luz solar. Los neutrones así generados pasan a formar núcleos de helio, y los neutrinos nos llegan a nosotros sin que ningún obstáculo se interponga en su camino. Esto significa que los neutrinos están ligados a la reacción que genera la energía que nos permite vivir en la Tierra.  

¿Los tenemos cerca? Los neutrinos viajan por todo el universo sin nada que los detenga, atravesando la tierra y atravesándonos a nosotros sin que nos demos cuenta. Los neutrinos están llegando a nosotros a razón de 60.000 neutrinos por centímetro cuadrado y por segundo. Calcular el número de neutrinos que atraviesan nuestro cuerpo a lo largo de nuestra vida sería imposible. Durante el día los recibimos directamente. Durante la noche, después de que atraviesen la Tierra.

¿Cómo se detectan? Por las características que hemos mencionado, detectar un neutrino directamente es imposible. Hacerlo de forma indirecta parece en teoría más fácil, pues basta con que, en una reacción inversa de la anterior, debido a la fuerza débil, interaccionen un neutrino y un neutrón generando un electrón y un protón. El problema es que tenemos que estar seguros de que ese electrón procede de un neutrino y no de ningún otro proceso. Para solventar este problema, a los físicos americanos Raimon Davis y John Bahcall se les ocurrió montar un detector de neutrinos en un lugar donde no pudiera llegar ninguna otra partícula, y esperar a ver si un neutrino interaccionaba con un neutrón, lo que hicieron montando el detector en una mina de oro abandonada situada a mil metros de profundidad. Actualmente existen varios laboratorios que se basan en esta idea. Dos de estos laboratorios son ICECUBE en la Antártida y el SUPERKAMIOKANDE en Japón. El primero introduce los detectores en el hielo hasta 2.800 m y el segundo está a 1000 m de profundidad, tiene una altura de 40 m y contiene 50.000 toneladas de agua. Se utilizan el hielo y el agua porque son ricos en neutrones, y eso facilita su interaccionen con los neutrinos. También hay un laboratorio para el estudio de los neutrinos en las instalaciones del CERN. Este laboratorio es el que hace unos años, tras enviar un haz de neutrinos al Gran Sasso National Laboratory, al Este de Roma, por un error en las medidas, dio la falsa noticia de que los neutrinos habían viajado a una velocidad superior a la de la luz. Reconocido el error, tuvieron que decir una vez más la frase más repetida de la historia de la física: Einstein tenía razón

De los once físicos mencionados, diez recibieron el premio Nobel: Fermi en 1938, Pauli en 1945, Cowan y Reines compartido en 1995, Weinberg, Salam y Glasgow compartido en 1979, Davis en 2002 y Kajita y Mcdonald compartido en 2015. Sin embargo, a pesar de este despliegue de cerebros y de los grandes laboratorios construidos, aún no se conoce la masa del neutrino ni en qué consiste el fenómeno de la transmutación conocido por oscilación. Por algo llaman al neutrino partícula fantasma.

La figura del Modelo Estándar es de la revista Investigación y CIENCIA

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