La insoportable fugacidad del neutrino

Neutrinos Discover Magazine 2001

¿Por qué los físicos ansían capturar algunas de las partículas más comunes del universo? Este es el subtítulo del artículo de portada de Discover, Un Mundo de Ciencia y Tecnología, en español (septiembre, 2001; MX). Con motivo del polémico experimento del CERN, cuyos resultados este artículo trataba de anticipar, se transcribe de forma resumida el artículo de Robert Kunzig; Copyright © 2001, Discover Magazine.

Una vez que surge un neutrino --una minúscula partícula subatómica--, este se mueve casi a la velocidad de la luz y no se detiene. Atraviesa estrellas, planetas o montañas, átomos, núcleos y todo cuanto se interpone en su camino.

Cuando los físicos logran detener un neutrino y, por ende, detectarlo, el momento es tan especial que constituye un evento. En 1998 un equipo internacional se las arregló para capturar unos pocos miles de neutrinos en Japón, usando un detector llamado el Super Kamiokande. Cazaron las partículas a 600 metros de profundidad en una mina de zinc abandonada, dentro de una caverna forrada de acero inoxidable que contenía 50,000 toneladas de agua purificada. El experimento sugirió que los neutrinos, a diferencia de los fantasmas y de los fotones, tienen masa, aunque en una cantidad increíblemente minúscula. Las observaciones de Kamioka también apoyaron una idea más extraña: que un neutrino cualquiera no tiene masa ni identidad estables. Cuando se traslada, oscila de una identidad a otra. "Una especie de Dr. Jekyll y Mr. Hide", señala uno de los investigadores de Kamioka.

Los neutrinos, partículas básicas del universo

El llamado, Modelo Estándar, divide la materia en 12 partículas que, al menos por ahora, no se pueden escindir. La materia ordinaria está compuesta por los leptones, electrón y neutrino; y los quarks, up y down (arriba y abajo). Las otras 8 partículas fundamentales, que son más pesadas, abundaron inmediatamente después del Big Bang, pero actualmente se observan solamente en los rayos cósmicos o se producen en aceleradores de partículas.

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Las doce partículas básicas del Modelo Estándar de la Materia. La materia ordinaria está compuesta por las cuatro partículas de la fila superior; los leptones, electrón y neutrino; y los quarks, up y down. Gráfico de Matt Zang; Copyright © 2001, Discover Magazine.

Conmutación subatómica de alta velocidad

Existen tres identidades conocidas de neutrinos, cuyo nombre corresponde a la partícula que produce cuando el neutrino interactúa con los detectores:

  • Neutrino electrón
  • Neutrino muon
  • Neutrino tau

El acelerador de partículas del CERN producirá neutrinos mounes. Experimentos anteriores sugieren que los neutrinos oscilan y tienen masa: las oscilaciones son cambios de sabor y de identidad. Se postula que los neutrinos muon pueden cambiar de identidad a neutrinos tau.

El haz de neutrinos de CERN a Gran Sasso se ha diseñado para probar ésta hipótesis. Será un haz puro de neutrinos moun, que demorará 2,5 milisegundos en llegar a Gran Sasso. En Gran Sasso habrá detectores esperando detectar la huella de los neutrinos tau. Si los investigadores observan la huella 2,5 milisegundos después que una explosión de neutrinos salga de Ginebra, significará que al menos uno ha mutado en neutrino tau durante el viaje: caso cerrado.

[Justo aquí es donde se da la polémica: ahora, que ya se ha realizado el experimento, los investigadores en Gran Sasso detectaron la llegada de los neutrinos tau 60 nanosegundos antes de los esperado; esto implicaría que han viajado más ŕapido que la luz.]

La insoportable mutabilidad del neutrino

Los neutrinos surgieron en 1930 como un error de contabilidad, como "una forma desesperada de hallar una salida", según palabras de su inventor Wolfang Pauli. Nadie duda hoy de la realidad de los neutrinos, pero aún son desconcertantes y lo serán mucho más si resulta ser que oscilan.

Para entender el fenómeno, hay que pensar en el neutrino no sólo como partícula y onda, sino también como una combinación de ondas. Cada onda tiene una frecuencia ligeramente diferente y cada frecuencia corresponde a una determinada masa. Cuando el neutrino nace las ondas están en fase, pero, debido a sus diferentes frecuencias, gradualmente se defasan a medida que el neutrino viaja por el espacio y el tiempo. Las ondas comienzan a interferirse. En ocasiones, el neutrino tiene una masa y en ocasiones otra; en ocasiones tiene una identidad y en ocasiones otra. Es de nuevo la vieja incertidumbre de la mecánica cuántica, pero es la verdadera esencia del neutrino que no posee ninguna otra partícula básica.

Artículo original (en inglés): The Unbearably Unstoppable Neutrino; Copyright © 2001, Discover Magazine.

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