Neutrinos

Hoy toca hablar sobre una de las partículas más escurridizas que conocemos: el neutrino.

Así que comencemos por cómo se descubrió.
Durante el primer tercio del siglo XX se conocía que los átomos estaban formados por protones, electrones y neutrones. Además, se sabía que si éste último se encontraba fuera del átomo, se descomponía en un protón y un electrón.
Sin embargo, algo no cuadraba. En esta descomposición, ni la energía ni la cantidad de movimiento (momento) se conservaban, algo que incumplía los principios básicos de la física (en su día ya expliqué por encima la conservación del momento).
Por lo tanto, se hizo una de las cosas más frecuentes en física de partículas: si las cosas no cuadran… se añade la existencia de una partícula hasta ahora desconocida, que en este caso es nuestro protagonista, el neutrino.

Y además de «predecir» su existencia, se sabía algunas características que debería tener: no poseer carga eléctrica y tener una masa muy pequeña o nula.

¿Por qué es escurridizo?

El problema y la causa de que no se detectase hasta 12 años después de predecir su existencia radica en que es muy tímido: no interacciona prácticamente nada con la materia. Por lo tanto, da igual lo que se encuentre por el camino, él sigue hacia delante sin pararse ante nada, ya sea un átomo de hidrógeno, una piedra, un planeta o una estrella.
Y como no interacciona, no podemos ver que está ahí.

Entonces, ¿cómo se detectan?

Hemos dicho que «casi» no interacciona. Y con este casi, nos referimos a que de vez en cuando alguno sí interacciona con algún electrón.
Por suerte, sabemos que cada segundo atraviesan la Tierra una enorme cantidad de ellos: del orden de un billón de ellos te atraviesan cada segundo, de los que aproximadamente uno interactuará contigo.
Esto significa que necesitaremos un detector enorme y bastante denso para incrementar las posibilidades de observarlos.
Por ejemplo, si quisiéramos detectar la mitad de los neutrinos que nos atraviesan, necesitaríamos un bloque de plomo de un año-luz de longitud (unos 10 billones de metros).

Pero nos conformamos con mucho menos con tal de que el detector quepa en la Tierra. Así que lo que se hace es crear grandes recipientes llenos de agua (de los que algunos contienen varios millones de litros) a varios kilómetros de profundidad, normalmente en antiguas minas.

Así, aumentamos las posibilidades de que interactúen en dicho recipiente, ya que primero han tenido que atravesar la Tierra (cuanta más masa traspasen, más probabilidades de que choquen contra algo), además de reducir las interacciones debidas a otras partículas, como los rayos cósmicos, que entran en la atmósfera.

¿Por qué el agua?

Bueno, el agua es el medio elegido en la mayoría de los casos debido a que se necesita un material transparente para poder ver la luz emitida al colisionar éstos con la materia. Además, el agua es un material que facilita las interacciones con los neutrinos, aunque no tanto como materiales pesados como el plomo. Pero la diferencia de llenar un supertanque de agua a llenarlo de otro material, sobre todo en el tema económico y de recursos, facilita que se elija a éste.

Y como muchos estaréis pensándolo ahora mismo… sí, el oceano es agua, así que sería un muy buen detector, sobre todo porque su tamaño es considerable.
Las primeras pruebas en los años ’80 fueron precisamente en las costas de Hawaii, aunque la inestabilidad de las corrientes no permitían unas buenas detecciones.
Pero actualmente también hay varios proyectos para construirlos a grandes profundidades.

Y otra opción es el hielo de la Antártida, el cual es utilizado actualmente por AMANDA y a partir del año que viene por IceCube. Y consisten en eso, enterrar a varios kilómetros los detectores, y dejar que todo el hielo de alrededor haga de zona de impacto.

¿Qué se sabe ya de ellos o por qué tanto interés?

Bueno, actualmente parece que se ha comprobado que tienen masa, muy pequeña (menor a 200.000 veces la del electrón), pero tienen.
Además, dado que son partículas emitidas en gran número por fenómenos como las supernovas o núcleos de estrellas, su estudio nos puede dar más información sobre estas.

Al igual que ocurrió con la supernova que estalló en 1987 en la Gran Nube de Magallanes (SN 1987A), que primero fue detectada por los «observatorios» de neutrinos, los cuales se volvieron locos al detectar unas cantidades impensables hasta entonces de estas partículas. Y acto seguido fue cuando se vio la supernova, relacionando dicho fenómeno con ese estallido de neutrinos.

En la imagen se puede ver a varios ingenieros reparando los detectores. Todo eso es una parte de la pared del tanque, que ha sido semi vaciado para que los chicos no tengan que bucear.

Un buen artículo sobre los neutrinos en El Tamiz.