Premio Nobel de Física para aquellos que demostraron que los neutrinos se transforman y tienen masa

2015/10/06 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

La Fundación Nobel ha anunciado que la japonesa Takaaki Kajita y Arthur B. El canadiense McDonald recibirá el Premio Nobel de Física 2015. Los equipos de ambos investigadores, cada uno por su parte, demostraron que los neutrinos se transforman de un tipo a otro y por lo tanto tienen masa.
Nakaaki Kajita y Arthur B. McDonald, Premios Nobel de Física 2015. Ed. Takaaki Kajita / Universidad Queen's

Los billones neutrinos nos atraviesan por segundo. Se mueven casi a la velocidad de la luz y apenas interactúan con la materia. Se producen en diferentes procesos espaciales, pero también en nuestra atmósfera y en la propia Tierra, como las centrales nucleares, y en nuestro interior, al desintegrar los isótopos. Después de los fotones, son las segundas partículas más abundantes del universo.

A pesar de su abundancia, los neutrinos siempre han sido difíciles de investigar. De hecho, al no interactuar con la materia, son muy difíciles de detectar. Para cuando Wolfang Paul los anunció en 1930, tenía esa preocupación: “He hecho algo terrible, he propuesto una partícula que no se puede detectar”.

En ello no acertó Pauli, que fue detectado un cuarto de siglo después. Pero poco se supo de los neutrinos fugaces hasta que a finales de siglo se hicieron detectores más sofisticados. El Instituto Karolinska ha premiado este año los descubrimientos realizados en dos de estos detectores.

Detectores Kamkande y Subdury

En 1996 se puso en marcha en Japón el Super-Kamkande, un detector gigante subterráneo de 1.000 metros de profundidad. Tenía la capacidad de detectar los neutrinos que se producen al chocar los rayos cósmicos con las partículas de la atmósfera terrestre. El equipo de Takaaki Kajita detectó cerca de 5.000 neutrinos durante los dos primeros años. Era mucho más de lo conseguido, pero menos de lo que los cálculos teóricos indicaban.

Entonces se dieron cuenta de algo extraño. Teóricamente, debía alcanzar el mismo número de neutrinos a ambos lados del detector, unos procedentes directamente de la atmósfera y otros que venían atravesando todo el planeta. Pero detectaban menos a los que atravesaban el planeta. De ahí se dedujo que los neutrinos que realizaban el camino más largo se transformaban y por tanto no podían detectar.

Existen tres tipos de neutrinos, neutrinos de electrones, neutrinos de muón y neutrinos de palo. Los que se generan en la atmósfera son neutrinos de muón que se detectan en el Super-Camión. Kajita propuso en 1998 que algunos de los colinas neutrinos que se formaban en la atmósfera se transformaban en lat-neutrinos en el camino. Y esto suponía otra consecuencia importante: si cambiaban, debían tener masa obligatoriamente. Así, aunque hasta entonces se pensaba lo contrario, Kajita puso sobre la mesa la primera prueba que sugiría que tenían masa.

Al poco tiempo confirmó Arthur B. Grupos de MacDonald en el Observatorio Subdury Neutrino de Canadá. Este detector, situado a 2.000 metros de profundidad, detecta los neutrinos procedentes del Sol. Pero permite realizar dos medidas diferentes: sólo neutrinos de electrones, o todos los tipos de neutrinos a la vez, sin saber cuánto hay de cada uno.

En el sol sólo se producen neutrinos de electrones. Pero vieron que llegan otros neutrinos. De este modo, se llegó a la conclusión de que algunos de los que salen del sol en forma de electrones neutrinos se convirtieron en muón-neutrino y tau-neutrino.

La Fundación Nobel reconoce que ambos resultados revolucionaron el conocimiento existente hasta entonces. De hecho, el propio Modelo Estándar de Física también se puso en cuestión por primera vez, ya que este modelo necesita neutrones sin masa. Quedó claro que el Modelo Estándar no es suficiente para explicar completamente el funcionamiento del universo.

Así que si los neutrinos tienen masa, pero muy pequeña. Aunque todavía no se ha podido medir, los físicos calculan que es un millón de veces menor que los electrones. Sin embargo, hay tanto neutrino que entre todos pesan como todas las estrellas que se pueden ver en el universo.