sábado, septiembre 20, 2008

8.1 Esas maravillosas partículas - El neutrino

Continuamos hoy con nuestro viaje por el intrincado mundo de las partículas subatómicas (muchas de ellas elementales, otras mal llamadas así). Entre esas maravillosas partículas hemos estudiado hasta ahora el electrón, el positrón, el protón, el neutrón, los quarks y el fotón. Hoy continuamos la serie con una partícula fantasmal y fascinante: el neutrino.

Todas las partículas elementales vistas hasta ahora en esta serie, incluido el neutrino.

Podrías pensar, ¿y a mí que me importa el neutrino? ¿tiene que ver algo conmigo? Muchas veces lo vemos como algo muy lejano, algo estudiado en aceleradores de partículas enterrados bajo el suelo…pero los neutrinos están muy cerca de ti. Mejor dicho, los neutrinos están dentro de ti: cada segundo te atraviesan, aproximadamente, doscientos billones de neutrinos. Sí, has leído bien: durante el tiempo que lees cada palabra de esta frase te atraviesan unos 200.000.000.000.000 neutrinos. ¿Quieres saber por qué? Pues sigue leyendo.

En 1930, la desintegración beta, por la cual un neutrón libre (recuerda la entrada sobre él), pasados unos 15 minutos de media, se desintegra en un protón y un electrón, se conocía relativamente bien. Sin embargo, algo no encajaba: los principios de conservación de la energía y la cantidad de movimiento no se cumplían. Dicho de otra manera: la energía y la cantidad de movimiento del neutrón eran más grandes que las de el protón y el electrón producidos. Sin embargo, ninguna otra partícula se observaba.

Wolfgang Pauli (al que tendremos que dedicar alguna entrada en El Tamiz) propuso una posible solución: en la desintegración beta se estaba produciendo alguna otra partícula. Una partícula fantasmal, que los científicos no podían ver, pero que se llevaba la energía y el momento que faltaban en la reacción. Esta partícula debía tener una masa minúscula o no tener masa, y no tenía carga.

Fue el genial Enrico Fermi quien dio nombre a tan elusiva partícula. En italiano (idioma de Fermi), el neutrón se llama “neutrone“, y el sufijo -one (como el castellano -ón) suele indicar algo muy grande. Como la nueva partícula no tenía carga, era muy difícil de ver y probablemente no tenía masa, era una “partícula muy pequeña sin carga”, algo como un “mini-neutrón”….en italiano, un neutrino. Al ver “neutrino” no parece tan gracioso, pero imagina si se hubiera traducido al español. Tendríamos el neutrón y… el neutrín. Este Fermi…

Al ser una partícula tan fantasmagórica, pasarían 26 años desde que Pauli la propusiera hasta que, finalmente, pudiera ser detectada: en 1956, un equipo de científicos pudo anunciar que los neutrinos, efectivamente, existían. Por cierto, ese descubrimiento les supuso el Premio Nóbel, algo retrasado, en 1995.

El neutrino es un leptón, como el electrón: recuerda que un leptón es un fermión que no siente la fuerza nuclear fuerte, la responsable de unir a los protones y neutrones en los átomos. Pero, a diferencia del electrón, el neutrino ni siquiera siente la fuerza electromagnética, porque no tiene carga. Las únicas interacciones de las que es capaz son la gravitatoria (que es muy débil) y la nuclear débil (que es la responsable, por ejemplo, de la desintegración beta que produce los neutrinos).

Por lo tanto, un neutrino suele atravesar cantidades gigantescas de materia sin interaccionar con ella: tiene que, por ejemplo, golpear un protón “de cabeza” para producir un neutrón y un positrón. Pero claro, las probabilidades de que eso ocurra son minúsculas, de modo que los neutrinos son muy difíciles de detener y detectar. Por otro lado, la buena noticia es que, aunque no se pueden parar, esa propiedad hace también que no sean peligrosos en absoluto, ya que pasan a través de nosotros sin interaccionar con la materia que nos forma. Como hemos dicho antes (luego explicaremos por qué), billones de neutrinos te atraviesan todo el tiempo y tú, tan fresco.

No mucho después de descubrirse experimentalmente que los neutrinos existen, se descubrió que no hay un neutrino, sino tres: uno asociado al electrón y otros dos asociados a otros dos leptones (el muón y el tauón, de los que hablaremos más adelante en la serie). Cada neutrino puede tomar parte en las reacciones nucleares en las que aparece su leptón particular. Por lo tanto, no basta con decir “neutrino”, sino que hay que especificar: existe un neutrino electrónico, un neutrino muónico y un neutrino tauónico. Por ejemplo, en la desintegración beta se produce un electrón, de modo que el neutrino que ahí toma parte tiene que ser un neutrino electrónico.

Además, el neutrino tiene una antipartícula, el antineutrino. De hecho, hoy sabemos que la partícula que propuso Pauli para explicar la desintegración de un neutrón en un protón y un electrón no es un neutrino: es un antineutrino electrónico.

Los neutrinos se producen de muchas formas: por ejemplo, cuando cuatro protones se unen para formar un núcleo de helio en la fusión nuclear, dos de ellos se convierten en neutrones, de modo que emiten neutrinos electrónicos (además de otras cosas). Esos neutrinos son los que produce el Sol, y son muy interesantes: otras partículas y la radiación emitidas dentro del Sol tardan muchos años en salir de él, por su enorme densidad. Pero los neutrinos ni se enteran: salen disparados del Sol como si no hubiera nada en su camino (bueno, casi). De modo que hay muchos, muchos neutrinos atravesando la Tierra todo el tiempo, procedentes del Sol.

Cada centímetro cuadrado recibe unos setenta mil millones de neutrinos por segundo. Eso quiere decir que en la Tierra entran unos 90.000.000.000.000.000.000.000.000.000 neutrinos cada segundo…una de esas cifras difíciles de asimilar. Pero claro, pasan a través de la Tierra casi sin enterarse: aunque algunos, siendo tantos, sí que golpean algún nucleón y desaparecen. Pero, para que te hagas una idea de qué difícil es pararlos:

Supongamos que queremos construir una barrera que detenga la mitad de los neutrinos solares que llegan a una habitación, por ejemplo, con una pared de plomo. ¿Cómo de gruesa tendría que ser la pared? Pues…tendría que tener un año-luz de grosor. No tengo palabras.

Los neutrinos también se producen en la fisión, tanto la artificial (en las centrales nucleares) como la natural. Vamos, que hay neutrinos por todas partes, unos con más energía y otros con menos. Algunos tienen muchísima: por ejemplo, los producidos en una supernova, cuando las reacciones nucleares se aceleran muchos órdenes de magnitud. De hecho, ésa es una de sus utilidades más grandes: en una supernova la densidad es tan gigantesca que recibir información de lo que pasa dentro es muy difícil…pero los resbaladizos neutrinos se escapan sin problemas y podemos detectarlos desde aquí.

Por cierto, hemos dicho que tienen muy poca masa o no tienen nada: al principio se pensaba que no tenían absolutamente nada de masa. Sin embargo, hoy sabemos que sí la tienen, pero es muy pequeña - menos de la diezmilésima parte de la del electrón. El neutrino es, efectivamente, un neutrín (salvo que no sufre la fuerza nuclear fuerte, claro, o los tendríamos dentro de los núcleos con los protones y los neutrones).

Dejamos ahora los dominios de las partículas más conocidas para adentrarnos en aguas menos exploradas - ya que lo hemos mencionado hoy, seguiremos la serie con el muón.

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