Sobre los neutrinos

Interior del detector de neutrinos Super-Kamiokande, situado mil metros bajo la montaña Kamioka en Gifu, Japón
 

El Premio Nobel de Física de 2015 fue otorgado a los investigadores Takaaki Kajita, de Japón, y Arthur B. McDonald, de Canadá, por el descubrimiento de la oscilación de los neutrinos que demuestra que estas partículas subatómicas tienen masa.

Los neutrinos son partículas elementales de tipo fermiónico de la familia de los electrones, viajan a velocidades ultrarrelativistas (muy cercanas a la de la luz) y no poseen carga eléctrica ni positiva ni negativa. Por ello, son afectadas por las fuerzas de gravedad y la fuerza débil, pero no por la fuerza electromagnética o la fuerza fuerte. En otras palabras, los neutrinos no son fácilmente detectables y casi no interactúan con la materia, sea diamante, un cuerpo humano o todo un planeta.

La detección de los neutrinos fue imposible hasta que se construyeron observatorios de neutrinos, estructuras a cientos o miles de metros bajo tierra que detectan el paso de neutrinos de manera indirecta. Se conocen tres tipos de neutrino, dependiendo del leptón al que se asocien: el neutrino electrónico, el muónico y el tauónico. Los neutrinos provenientes del Sol que se detectaron primero eran sólo del sabor electrónico, además de que solamente se manifestó una tercera parte de los neutrinos esperados. Dos tercios se habían perdido. Entre 1998 y 2001, los equipos de McDonald y Kajita, en Canadá y Japón, analizaron los procesos y verificaron las mediciones de los detectores (Super-Kamiokande y SNO), y concluyeron que las llamadas oscilaciones de neutrinos eran la causa del extravío: Los neutrinos pueden cambiar de “sabor”, de identidad, al ser medidos.

Por eso, porque las partículas que cambian de sabor no pueden tener masa nula, ahora se sabe que los neutrinos poseen masa, si bien una extremadamente minúscula y cuyo valor exacto aún se desconoce. Esto quiere decir que, dada su enorme cantidad, tienen (y han tenido y tendrán) un efecto en el sistema gravitatorio del universo. El comité que concedió el premio Nobel lo expresó así: “El descubrimiento cambió nuestro entendimiento del funcionamiento más profundo de la materia y puede ser crucial para nuestra visión del Universo”.

Imagen obtenida por el detector de neutrinos Super-Kamiokande. Muestra el Sol visto a través de la Tierra
 

La imagen arriba muestra el Sol y fue capturada de noche. No está en alta definición pero es extraordinaria: fue tomada con sensores que apuntaban hacia el suelo, hacia el centro de la Tierra. Se trata del rastro no de fotones sino de neutrinos que atravesaron nuestro planeta.

Algunos datos:

  • 98% de la energía que recibimos del Sol es en forma de fotones; 2% de la energía que emite es en neutrinos. En contraste, una supernova libera el 99% de su energía en forma de neutrinos y sólo un 1% como fotones.  
  • Se conoce un gran número de fuentes que producen, conducen o liberan neutrinos: las estrellas, la radiación cósmica de fondo, los reactores nucleares, antiguas supernovas y otras fuentes cosmogénicas y atmosféricas.
  • Los neutrinos, se cree, son las partículas más abundantes en el universo después de los fotones. Son también, hasta ahora, el candidato único en la composición de la materia oscura, que aunque representa la mayor parte de la materia en el universo, no puede ser detectada de forma directa, precisamente por no emitir luz ni relacionarse con la fuerza electromagnética.
  • Wolfgang Pauli fue el primero en predecir la existencia hipotética del neutrino, en 1931, basado en el hecho de que la energía y el moméntum de ciertas partículas no se conservaban en ciertos procesos de desintegración radioactiva. Enrico Fermi desarrolló esta hipótesis y nombró la partícula neutrino en 1935.
  • Una corriente continua de neutrinos fluye a través de nuestro planeta y de nuestros cuerpos: Mil trillones de neutrinos atraviesan nuestro cuerpo por segundo. Es decir, en una vida promedio, alrededor de 2.5 x 1021 neutrinos pasarán a través de nosotros.
  • Dados lo ínfimo de su masa y su inmunidad al electromagnetismo, se ha calculado que a pesar del punto anterior, la probabilidad de que un neutrino interactúe con las partículas que nos componen es tan sólo de 1 en 4. O sea, en una vida promedio tenemos un 25% de probabilidad de “chocar” con un neutrino.

Autor: IIEH

Fuentes:

Los premios Nobel de Física 2015

¿Qué es un neutrino?

Nobel de Física para científicos que ayudaron a entender mejor la materia y el Universo

¿Qué tan a menudo te golpea un neutrino?