La clave de los neutrinos

Físicos de China logran una medida clave en los neutrinos.

Reseña histórica del neutrino La existencia de los "neutrinos" fue propuesta por

Wolfgang Pauli en 1930. Pauli interpretó que tanto la masa como la energía serían conservadas si una partícula hipotética denominada «neutrino» participase en la desintegración incorporando las cantidades perdidas. Desafortunadamente, la partícula prevista había de ser sin masa, ni carga, ni interacción fuerte, por lo que no se podía detectar con los medios de la época. Durante 25 años la idea de la existencia de esta partícula sólo se estableció de forma teórica. Esta partícula no debía tener carga eléctrica, por eso Enrico Fermi la llamó "neutrino" que quiere decir "el pequeño neutral " en Italiano. Los neutrinos tienen poca reacción con la materia y por eso son difíciles de detectar . En 1956, los físicos Reines y Cowan encontraron evidencias de reacciones de neutrino que se originaban en un reactor nuclear . Fred Reines fue el co-ganador del premio Noble de Física en 1995.

Enrico Fermi

Wolfgang Pauli

Frederick Reines

Clyde Cowan

Descripción – Disciplina científica a la que pertenece Pertenece a la física, y dentro de ella a la que trata sobre las partículas.

– Instituciones, investigadores y países involucrados Por una parte cientos de investigadores trabajan en el Experimento

Neutrino del Reactor de Daya Bay, en China. Demostraron cómo estas elusivas y fantasmagóricas partículas que genera, por ejemplo, el Sol, atraviesan todo lo que se encuentran y se transforman de un «sabor» o tipo a otro conforme viajan a la velocidad de la luz.

También un equipo de científicos del experimento MINOS en el Laboratorio del Acelerador Nacional estadounidense Fermi (Fermilab) en Illinois, ha dado a conocer la medición más precisa que se haya obtenido de un parámetro clave que gobierna la transformación de un tipo de neutrino en otro. Además colaboraron en este proyecto más de 140 científicos, ingenieros y especialistas técnicos de una treintena de instituciones, incluyendo a universidades y laboratorios nacionales, en cinco países: Brasil, Grecia, Polonia, el Reino Unido y Estados Unidos.

España solamente colaboró facilitando tecnología al CERN para mejorar las medidas de OPERA, un proyecto de investigación a cerca de la velocidad que alcanzaban los neutrinos.

¿Qué son?

Los neutrinos, así llamados por ser ‘neutros y pequeños’, están rodeándonos por todas partes. Estas diminutas partículas elementales viajan en el espacio con velocidades cercanas a las de la luz y no tienen carga eléctrica. Se pensó durante mucho tiempo que tampoco tenían masa, pero hoy los científicos saben que sí la tienen; se estima que la masa del átomo de hidrógeno es más de mil millones de veces mayor, pero la investigación continúa.

M Experimento con neutrinos (OPERA)

En noviembre de 2011 se publicó un noticia anunciando que las partículas subatómicas llamadas neutrinos viajaban más rápido que la luz, violando ese límite máximo de velocidad establecido por Einstein. Pero los científicos del proyecto OPERA que fueron los que anunciaron la noticia encontraron dos fallos en su investigación. Una de las dos fuentes de potenciales errores reside en un dispositivo clave para sincronizar los GPS, y la otra está en la conexión de fibra óptica entre el receptor del GPS y el reloj principal de la toma de datos. Actualmente se sabe que estas partículas tienen dos características muy peculiares: tienen una masa tremendamente pequeña (son casi un millón de veces más ligeros que un electrón) y además interaccionan muy poco.

Durante mucho tiempo han sido considerados los candidatos principales a ser la famosa materia oscura y los científicos piensan que aún deparan muchas sorpresas.

− Tipos de neutrinos

Existen tres tipos de neutrinos asociados a cada una de las familias leptónicas (o sabores): neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico más sus respectivas antipartículas.

Los neutrinos pueden pasar de una familia a otra (es decir, cambiar de sabor) en un proceso conocido como oscilación de neutrinos. La oscilación entre las distintas familias se produce aleatoriamente, y la probabilidad de cambio parece ser más alta en un medio material que en el vacío. Dada la aleatoriedad del proceso, las proporciones entre cada uno de los sabores tienden a repartirse por igual (1/3 del total para cada tipo de neutrino) a medida que se producen sucesivas oscilaciones. Fue este hecho el que permitió considerar por primera vez la oscilación de los neutrinos, ya que al observar los neutrinos procedentes del Sol (que deberían ser principalmente electrónicos) se encontró que sólo llegaban un tercio de los esperados. Los dos tercios que faltaban habían oscilado a los otros dos sabores y por tanto no fueron detectados. Esto es el llamado «Problema de los neutrinos solares».

La oscilación de los neutrinos implica directamente que éstos han de tener una masa no nula, ya que el paso de un sabor a otro sólo puede darse en partículas masivas.

M Detector de neutrinos

Los neutrinos son generados por el Sol y por los reactores nucleares en cantidades ingentes, pero tienen la particularidad de que atraviesan la Tierra, las personas y todo lo que se encuentran sin delatar su presencia por lo que son muy difíciles de detectar, aún con toda la tecnología que existe hoy en día.

Los detectores de neutrinos más utilizados son:- El detector de neutrinos Super-Kamiokande utiliza 50.000 toneladas de agua pura rodeadas por 11.000 tubos de fotomultiplicadores enterrados bajo 1 kilómetro de profundidad. Puede detectar la dirección incidente de los neutrinos entrantes detectando que fotomultiplicadores se encienden. Kamiokande, el precursor del Super-Kamokande, podía detectar la explosión de neutrinos asociados a la supernova 1987, y en 1988 fue utilizado para confirmar directamente la producción de neutrinos solares. En la actualidad sigue presentando actividad.

- El conjunto antártico de detectores de neutrinos (conocido como AMANDA por sus siglas en inglés) funcionó entre 1996 y 2004. Este detector utilizó la masa del hielo como detector. La dirección de los neutrinos incidentes se determinan registrando el momento de llegada de fotones individuales. Este método permite la detección de neutrinos con una resolución espacial de aproximadamente 2 grados. Se ha utilizado AMANDA para generar mapas de neutrinos del cielo norteño para buscar para las fuentes extraterrestres de neutrinos y en las búsquedas de la materia oscura.

− Otros detectores

Son por ejemplo:

- IceCube, que desde 2005 ha ido actualizando a AMANDA, aumentando eventualmente el volumen a un kilómetro cúbico.

- Antarctic Impulse Transient Antenna que se localiza en la Antártida desde el 2006 hasta el 2009.

- ANTARES, en el Mar Mediterráneo que presenta actividad desde el 2008 hasta la actualidad.

- Extreme Universe Space Observatory en la ISS en la que se espera actividad en el 2015.

- Baksan Neutrino Observatory, que se encuentra en Rusia. Tiene actividad desde 1977 hasta la actualidad. Es la más antigua de todas.

- Otras menos importantes son: SNO, Kamland, Baikal, Antares, ANITA, Nemo, Nestor, Auger, GLUE.

Detector de neutrinos

Repercusión mediática A principios de este año, el común de los mortales no tenía ni idea de

lo que significaba la palabra 'neutrino'. Pero hoy, no hace falta tener un doctorado en Física para conocer el nombre de la partícula que se convirtió el pasado 23 de septiembre en la gran estrella mediática de la ciencia en 2011, tras (supuestamente) superar la velocidad de la luz, poner en tela de juicio la 'sagrada' Teoría de la Relatividad del mismísimo Albert Einstein y alimentar la fantasía utópica de los viajes en el tiempo.

La revista 'Science' presentó su tradicional lista de los 'Hallazgos del año', y el famoso experimento de los neutrinos realizado en el CERN de Ginebra y el Laboratorio Nacional de Gran Sasso en Italia no apareció por ninguna parte. Esto es perfectamente comprensible, ya que buena parte de comunidad científica ha puesto en duda la validez de sus resultados, y la inmensa polémica que sigue rodeando a todo este asunto no podrá zanjarse hasta que otro centro de investigación los verifique de manera independiente.

Sin embargo, aunque para muchos científicos la idea de que los neutrinos viajen más rápido que la luz no sea de momento más que una hipótesis dudosa, es incuestionable que el experimento presentado a bombo y platillo por el CERN ha sido el acontecimiento científico de mayor impacto social en 2011.

Vídeos relacionados

- Los neutrinos superan la velocidad de la luz CERN www.youtube.com/watch?v=ATsD4wQHw3g

- La verdad sobre los neutrinos. Entrevista a Alberto Gago (PUCP) www.youtube.com/watch?v=L5PIfbMPSRg

Aplicaciones y nuevas investigaciones

Actualmente no se han descubierto muchas aplicaciones con estas partículas debido a que han sido descubiertas recientemente y no se sabe con total seguridad sus características. Algunas son:

- El 31 de mayo de 2010 se comunicó la observación por primera vez de la oscilación de un neutrino, es decir la oscilación de los neutrinos entre sus distintos tipos con el tiempo. Este fenómeno solo es posible si los neutrinos tienen masa, lo cual podría explicar, al menos en parte, el problema de la materia oscura.

- El 14 de marzo de 2012 se comunicó que científicos de las universidades de Rochester y Estatal de Carolina del Norte lograron la primera transmisión de información utilizando neutrinos, más concretamente de la secuencia de caracteres "Neutrino".

- En la Tierra hay también claras aplicaciones potenciales, como por ejemplo la comunicación directa a gran distancia con submarinos nucleares, y, en general, las comunicaciones en entornos en los que las ondas electromagnéticas se propagan con dificultad.

Bibliografía y webs• http://noticiasdelaciencia.com/not/3985/

comunicacion_mediante_neutrinos/• http://enciclopedia.us.es/index.php/Neutrino• http://www.abc.es/20120608/ciencia/abci-

neutrinos-empenan-aferrarse-realidad-201206081409.html

• http://www.windows2universe.org/sun/Solar_interior/Nuclear_Reactions/Neutrinos/neutrinos.html&lang=sp

• http://www.scienceinschool.org/2011/issue19/neutrinos/spanish#w1

Valoración personal

Hacer este trabajo nos ha permitido aprender que existen unas partículas, hasta entonces desconocidas por nosotras y por la mayoría de las personas, denominadas neutrinos. Actualmente, no se conocen por completo estas partículas subatómicas, ya que han sido descubiertas recientemente. Pero mirando muchos de los artículos de internet nos hemos dado cuenta de que en comparación con el tiempo que hace que se conocen ya hay bastante información sobre ellos, y son sin duda unas partículas muy interesantes y que podría sacárseles mucho partido de aquí a unos años. Aunque hemos aprendido muchas cosas a cerca de ellos, hemos tenido dificultades a la hora de comprenderlos ya que no disponemos de los conocimientos necesarios. Por tanto esperamos que de aquí a unos años podamos entenderlos mejor.

Fin de la presentación

BEATRIZ CASAS ARCONES

CLAUDIA RAMÍREZ MORA