NEUTRINOS con las manos en la masa

CIENCIA › EL PREMIO NOBEL DE FISICA FUE PARA DOS INVESTIGACIONES SOBRE LOS NEUTRINOS

Esas partículas que llueven del Cosmos

Un científico japonés y otro canadiense recibieron el galardón por descubrir que los neutrinos tienen masa y, con ello, revolucionan la física de las partículas subatómicas. Su hallazgo cambió lo que se sabía del comportamiento más íntimo de la materia.
Página 12 - 7 de Octubre 2015

¿Puede algo atravesar el cuerpo humano sin que la persona se dé cuenta? ¿Puede incluso ser atravesado billones y billones de veces, a toda hora y en todo momento? La respuesta la tiene la física y es sí: los neutrinos, esas partículas más pequeñas que el átomo, que de manera permanente llueven sobre la Tierra y traspasan todo lo que se les cruza. No sólo a las personas, sino también todo lo que los rodea, hasta el planeta mismo. Son las partículas más misteriosas del Universo, porque después de atravesarlo todo no dejan rastros. Y son tan livianas y veloces que siempre se creyó que no tenían masa. Error. Dos científicos demostraron que sí la tienen y eso cambió el modo de entender y explicar el mundo subatómico. Esos dos investigadores, uno japonés y el otro canadiense, ganaron ayer el Premio Nobel de Física.

Takaaki Kajita, el japonés, y Arthur B. McDonald, el canadiense, descubrieron en realidad que los neutrinos tienen oscilaciones, lo que demuestra que estas partículas elementales de la materia tienen masa, contra lo que se supuso durante décadas.

La Real Academia de las Ciencias Sueca dijo al presentar su fallo que esos estudios “cambiaron nuestro conocimiento del comportamiento más íntimo de la materia y pueden ser cruciales para entender el Universo”. El Nobel distinguió a ambos por sus “contribuciones clave a los experimentos que demostraron que los neutrinos cambian su identidad”, lo que exige que estas partículas tengan masa.

Primero lo primero. ¿De dónde salen los neutrinos? Una parte de ellos se forma en la atmósfera terrestre por la radiación cósmica. Otra se produce en las reacciones nucleares dentro del Sol. Justamente, el equipo japonés se dedicó a capturar neutrinos creados en las reacciones entre rayos cósmicos y la atmósfera de la Tierra; el otro, atrapando los procedentes del Sol.

La existencia de los neutrinos, las partículas más numerosas en el Universo, fue sugerida por el austriaco Wolfgang Pauli en 1930, aunque fue el italiano Enrico Fermi quien ocho años después elaboró una teoría y bautizó el nuevo término. Pero no fueron descubiertos hasta un cuarto de siglo después por dos físicos estadounidenses, Frederick Reines y Clyde Cowan. Desde la década de 1960 la ciencia había calculado de forma teórica el número de neutrinos, pero al realizar mediciones en la Tierra descubrieron que dos tercios habían desaparecido.

A la Tierra llegan unos 60.000 millones de neutrinos por centímetro cuadrado cada segundo. Durante décadas, el “modelo estándar” de la física de las partículas entendía que al llegar a la Tierra los neutrinos desaparecían sin explicación posible. Eso porque no se los podía detectar.

Lo que Kajita y McDonald descubrieron es que no desaparecen, sino que cambian, sufren una metamorfosis. Y el hecho de que sufran esa mutación implica que tengan masa.

Kajita descubrió que los neutrinos de la atmósfera pasaban de una identidad a otra en su camino hacia el detector Super-Kamiokande, un impresionante observatorio de neutrinos japonés. Al mismo tiempo, un grupo de investigadores canadienses liderado por McDonald demostraba que los neutrinos del Sol no desaparecían en su camino hacia la Tierra y que podían ser captados con una identidad diferente al llegar al Observatorio de Neutrinos de Sudbury, localizado en Ontario.

Situado en una mina de zinc a 250 kilómetros de Tokio, el gigantesco detector Super-Kamiokande comenzó a operar en 1996, y tres años más tarde lo hizo el Sudbury Neutrino Observatory (SNO) de Ontario (Canadá) en el interior de un yacimiento de níquel.

En el Super-Kamiokande, construido a mil metros de profundidad y que consiste en un tanque con 50.000 toneladas de agua, el equipo de Kajita observó que aunque la mayoría de los neutrinos atravesaba el tanque, algunos chocaban con un núcleo atómico o un electrón. En esas colisiones se creaban partículas con carga y, alrededor de ellas, se generaban destellos débiles de luz azul, la denominada radiación de Cherenkov, que se produce cuando una partícula viaja más rápido que la velocidad de la luz y cuya forma e intensidad revela la procedencia y el tipo de neutrino que la causa.

El detector japonés atrapaba neutrinos muónicos de la atmósfera y los que lo golpeaban por debajo tras atravesar el globo terráqueo, y dado que la Tierra no supone un obstáculo considerable para ellos, debería haber igual número de neutrinos en ambas direcciones.

Las observaciones revelaron, sin embargo, que los primeros eran más numerosos, lo que apuntaba a que los otros deberían sufrir un cambio de identidad para convertirse en neutrinos tauónicos, aunque su paso no podía ser registrado por el detector.

La pieza decisiva del enigma llegó del SNO, que en un tanque con mil toneladas de agua pesada realizaba mediciones de neutrinos procedentes del Sol, donde los procesos nucleares sólo dan lugar al tercer tipo de estas partículas, los neutrinos electrónicos.

De esos 60.000 millones de neutrinos por centímetro cuadrado que cada segundo bombardean la Tierra, el SNO capturó tres millones por día en sus dos primeros años operativo, un tercio del número esperado: los otros dos habían debido cambiar de identidad en el camino. Esas oscilaciones son las que prueban que los neutrinos tienen masa, aunque no se sabe cuál es.

¿Y qué cambia que los neutrinos tengan masa? Probablemente para el lector, nada. Para los científicos dedicados al tema, todo. El modelo estándar que hasta ese momento describía a la perfeccción el mundo subatómico de la física de las partículas dejó de explicarlo todo.

Pero antes de poder desarrollar por completo teorías que superen ese modelo hará falta averiguar más detalles sobre la naturaleza de los neutrinos, como cuál es su masa o por qué son tan diferentes de otras partículas elementales.

Lo único seguro por ahora son los indicios de que hay una nueva física para el Universo que aún debe descubrirse. He ahí lo fascinante para los investigadores. Tan fascinante que mereció el Premio Nobel.