Neutrinos

Desde que se hizo público el resultado de Opera, los neutrinos () se han convertido en algo que la mayoría de la gente ya asocia con una partícula fundamental, pero al igual que ocurre con otros términos muchas veces tenemos solo una idea de lo que son. Por citar un par de ejemplos (aleatorios), todos conocemos los cromosomas, la (temida) prima de riesgo, pero la mayoría no sabríamos responder más que un par de preguntas sobre estos. No hablaremos de la prima de riesgo, tampoco de cromosomas pero si haremos una introducción a los neutrinos.

El término ‘neutrino’ fue acuñado por el físico italiano Enrico Fermi como diminutivo de ‘neutro’. Pero él no fue quien predijo o descubrió está partícula aunque la utilizó en sus teorías. El mérito de la predicción es de Wolfgang Pauli. En 1930 Pauli postuló la existencia de una partícula neutra de masa muy pequeña y de muy difícil detección. Esta partícula surgió como explicación a la aparente no conservación de la energía y momento en la desintegración beta (un neutrón que se desintegra en protón, un electrón y un neutrino, ver abajo). Uno de los pilares de la física es que hay observables que se conservan y las leyes se basan en su conservación, uno de los más incontestables son la energía y el momento. Así era más probable para Pauli que existiera una partícula neutra  prácticamente indetectable (por aquel entonces) que estas cantidades no se conservaran.

Pero preocupado porque nunca se pudiera comprobar su teoría, Pauli no quiso publicar sin antes consultar con otros físicos importantes de la época. En diciembre de 1930, escribió una carta a un grupo de físicos nucleares con sus ideas. La carta que les envió (abajo), estaba dirigida a los “Estimados Señores y Señoras radiactivos“. En esta describía su teoría introduciendo la predicción de la nueva partícula como un “desesperado remedio para salvar la conservación de la energía“. La teoría fue aceptada por la comunidad científica y durante 1930, los estudios concluyeron que esta nueva partícula debía ser extremadamente ligera y con poca interacción con la materia. El más pesado de los neutrinos es más de 4 millones de veces más ligero que el electrón. En 1932, Chadwick descubrió una partícula neutra, que recibió el nombre de neutrón, pero esta era demasiado pesada para corresponder a la descrita por Pauli.

Otros descubrimientos como el del positrón siguieron reforzando la idea de la existencia del neutrino. Se empezó la búsqueda pero pronto se vio (1934, Hans Bethe y Rudolf Peierls) que la interacción de los neutrinos debía ser tremendamente débil : miles de millones de veces menor que la de los electrones. Esto significaba que esta partícula podría atravesar la tierra sin desviarse ni perder energía. Ahora sabemos que en el centro del sol se crean fotones y neutrinos en las reacciones nucleares. Los fotones tardan decenas de miles de años en salir a la superficie del sol, los neutrinos hacen el viaje en poco más de dos segundos.

Para su observación directa hubo que esperar hasta 1956. En 1942 se propuso una forma de detectarlos, un protón interaccionando con un neutrino y el resultado de la reacción daría lugar a un neutrón y un positrón. Se puede ver como la inversión de la desintegración beta (ver abajo).  El experimento conocido como Cowan-Reines fue llevado a cabo en 1955. Los resultados se publicaron en la revista Science en 1956 (Clyde Cowan, Frederick Reines, F. B. Harrison, H. W. Kruse, y A. D. McGuire). Por este descubrimiento recibirían el Nobel cincuenta años después. Utilizaron los anti-neutrinos creados en las desintegraciones beta en un reactor nuclear para irradiar materia. En interacción con la materia estos neutrinos creaban positrones que posteriormente se aniquilaban con los electrones de los átomos dando lugar a dos fotones. Estos fotones eran entonces detectados dando prueba de la reacción inicial. Fue esta la prueba definitiva de la existencia de estas partículas con apenas masa y tan elusivas que podían viajar a través de miles de kilómetros de materia sin sufrir interacción alguna.

Mucho se ha estudiado de los neutrinos desde entonces : limites a su masa, oscilaciones, tipos de neutrinos (), … Se ha visto que los neutrinos por su capacidad de viajar enormes distancias sin interaccionar son fuentes muy valiosas de información sobre el universo que nos rodea: el cercano (el sol) y el lejano (otras galaxias o incluso sobre el inicio del Big Bang). Sabemos que solo contando los  provenientes del sol, cada centímetro cuadrado es atravesado por unos 70.000 millones de neutrinos cada segundo. Algunas de estas cuestiones las comentaremos en otras entradas. Pero sirva esto como introducción al mundo de los neutrinos.

No quisiera terminar sin aportar una nota color proveniente de Italia que es posible que escucharais en su momento. Cuando se anunció el descubrimiento (después desmentido) de los neutrinos super-lumínicos la ministra italiana envío una nota de prensa destacando la contribución italiana al descubrimiento. En esta nota de prensa decía que Italia había contribuido a la construcción del túnel entre Ginebra y Gran Sasso (Italia). ¡¡ Un túnel que tendría más de 700 km !! Esto nos dice que seguramente la ministra o su gabinete no se informaron mucho antes de redactar la nota.