¿Qué son los neutrinos?

Los neutrinos son partículas subatómicas elusivas creadas en una amplia variedad de procesos nucleares. Su nombre, que significa «pequeño neutro», se refiere al hecho de que no llevan carga eléctrica. De las cuatro fuerzas fundamentales del universo, los neutrinos sólo interactúan con dos: la gravedad y la fuerza débil, que es responsable de la descomposición radioactiva de los átomos. Al no tener casi masa, atraviesan el cosmos a casi la velocidad de la luz.

Incontables neutrinos llegaron a existir fracciones de segundo después del Big Bang. Y se crean nuevos neutrinos todo el tiempo: en los corazones nucleares de las estrellas, en los aceleradores de partículas y en los reactores atómicos de la Tierra, durante el colapso explosivo de las supernovas y cuando los elementos radiactivos se descomponen. Esto significa que hay, en promedio, mil millones de veces más neutrinos que protones en el universo, según el físico Karsten Heeger de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut.

A pesar de su ubicuidad, los neutrinos siguen siendo un misterio para los físicos porque las partículas son muy difíciles de atrapar. Los neutrinos atraviesan la mayor parte de la materia como si fueran rayos de luz que atraviesan una ventana transparente, apenas interactuando con todo lo demás que existe. Aproximadamente 100 mil millones de neutrinos están pasando a través de cada centímetro cuadrado de su cuerpo en este momento, aunque usted no sentirá nada. Los 18 misterios sin resolver más grandes de la física]

Descubriendo partículas invisibles

Los neutrinos se plantearon por primera vez como la respuesta a un enigma científico. A finales del siglo XIX, los investigadores estaban desconcertados sobre un fenómeno conocido como decaimiento beta, en el que el núcleo dentro de un átomo emite espontáneamente un electrón. La descomposición beta parecía violar dos leyes físicas fundamentales: la conservación de la energía y la conservación del momento. En la decadencia beta, la configuración final de las partículas parecía tener muy poca energía, y el protón estaba parado en lugar de ser golpeado en la dirección opuesta al electrón. No fue hasta 1930 que el físico Wolfgang Pauli propuso la idea de que una partícula extra podría estar volando fuera del núcleo, llevando consigo la energía y el impulso que faltaba.

«He hecho algo terrible. He postulado una partícula que no se puede detectar», dijo Pauli a un amigo, refiriéndose al hecho de que su neutrino hipotético era tan fantasmal que apenas interactuaría con algo y tendría poca o ninguna masa.

Más de un cuarto de siglo después, los físicos Clyde Cowan y Frederick Reines construyeron un detector de neutrinos y lo colocaron fuera del reactor nuclear de la central eléctrica atómica del río Savannah en Carolina del Sur. Su experimento logró atrapar algunos de los cientos de billones de neutrinos que volaban desde el reactor, y Cowan y Reines enviaron con orgullo a Pauli un telegrama para informarle de su confirmación. Reines ganaría el Premio Nobel de Física en 1995 – para entonces, Cowan ya había muerto.

Pero desde entonces, los neutrinos han desafiado continuamente las expectativas de los científicos.

El sol produce cantidades colosales de neutrinos que bombardean la Tierra. A mediados del siglo XX, los investigadores construyeron detectores para buscar estos neutrinos, pero sus experimentos siguieron mostrando una discrepancia, detectando sólo alrededor de un tercio de los neutrinos que se habían predicho. O algo andaba mal con los modelos del sol de los astrónomos, o algo extraño estaba sucediendo.

Los físicos finalmente se dieron cuenta de que los neutrinos probablemente vienen en tres sabores o tipos diferentes. El neutrino ordinario se llama neutrino de electrón, pero también existen otros dos sabores: un neutrino de muón y un neutrino de tau. A medida que pasan a través de la distancia entre el sol y nuestro planeta, los neutrinos oscilan entre estos tres tipos, razón por la cual esos primeros experimentos -que sólo habían sido diseñados para buscar un sabor- se mantuvieron sin tener en cuenta dos tercios de su número total.

Pero sólo las partículas que tienen masa pueden sufrir esta oscilación, contradiciendo las ideas anteriores de que los neutrinos no tenían masa. Aunque los científicos todavía no conocen las masas exactas de los tres neutrinos, los experimentos han determinado que las más pesadas deben ser por lo menos 0.0000059 veces más pequeñas que la masa del electrón.

¿Nuevas reglas para los neutrinos?

En 2011, los investigadores del Proyecto de Oscilación con Aparatos de Seguimiento de Emulsiones (OPERA) en Italia causaron sensación en todo el mundo al anunciar que habían detectado neutrinos que viajaban más rápido que la velocidad de la luz – una empresa supuestamente imposible. Aunque ampliamente difundidos en los medios de comunicación, los resultados fueron acogidos con gran escepticismo por parte de la comunidad científica. Menos de un año después, los físicos se dieron cuenta de que el cableado defectuoso había imitado un hallazgo más rápido que la luz, y los neutrinos regresaron al reino de las partículas cósmicamente respetuosas con la ley.

Pero los científicos todavía tienen mucho que aprender sobre los neutrinos. Recientemente, investigadores del Mini Booster Neutrino Experiment (MiniBooNE) en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) cerca de Chicago han proporcionado evidencia convincente de que han detectado un nuevo tipo de neutrino, llamado un neutrino estéril. Tal hallazgo corrobora una anomalía anterior vista en el Detector Neutrino de Escintilador Líquido (LSND), un experimento en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México. Los neutrinos estériles volcarían toda la física conocida porque no encajan en lo que se conoce como el Modelo Estándar, un marco que explica casi todas las partículas y fuerzas conocidas excepto la gravedad.

Si los nuevos resultados de MiniBooNE se mantienen, «Eso sería enorme; eso está más allá del Modelo Estándar; eso requeriría nuevas partículas …. y un marco analítico totalmente nuevo», dijo la física de partículas Kate Scholberg de la Universidad de Duke a Misterius.

Recursos adicionales:

  • Aprenda más sobre las oscilaciones de neutrinos en este video de Fermilab.
  • Vea este útil video sobre neutrinos estériles, también de Fermilab.
  • Lea más sobre los neutrinos del Observatorio de Neutrinos del Polo Sur de IceCube.

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