¿Qué son los neutrinos?

Los neutrinos están en todas partes, sin saberlo, somos atravesados cada segundo por millones de estas partículas elementales provenientes del interior de la Tierra, del Sol o de regiones más distantes del Universo.

¿Quiénes son estos misteriosos neutrinos que nos rodean sin que nosotros sintamos su presencia?

De las doce partículas elementales conocidas, las más misteriosas son sin duda los neutrinos. Están en todas partes pero, sin embargo, no nos damos cuenta de su presencia.

Por lo tanto, nos bañamos en un fondo de neutrinos del Big Bang (alrededor de 336 por cm3) que recorren nuestro cuerpo en todas las direcciones a la velocidad de 15000 km / s. También recibimos del Sol 700.000.000.000.000 (setecientos mil millones) de neutrinos por segundo por m2, ya sea que nuestra estrella esté «oculta» o en su cenit.

Además, las sustancias radiactivas contenidas en la corteza y el manto de la Tierra también emiten neutrinos al desintegrarse.

Debido a este fenómeno, 20 millones de neutrinos adicionales nos atraviesan cada segundo. Estas desintegraciones mantienen el núcleo de la Tierra fundiéndose al proporcionar calor equivalente a 40.000 plantas de energía nuclear.

La humanidad también es responsable de parte de la emisión de neutrinos. Naturalmente, producimos neutrinos (aproximadamente 4000 por segundo para una persona de sesenta kilos) que provienen principalmente de la descomposición del isótopo radiactivo del potasio contenido en nuestros huesos; este fenómeno es completamente natural y no tiene ningún peligro.

Finalmente, las centrales nucleares emiten una cantidad considerable. A un kilómetro del corazón de uno de ellos, uno recibe una cantidad de neutrinos similar a la que proviene del Sol.

¿Es peligroso esto?

Para nada, aunque el flujo de neutrinos que pasan a través del material es colosal, casi ninguna de estas partículas interactúa con esta última.

De hecho, el material es casi transparente para los neutrinos. Por lo tanto, los de baja energía, alrededor de diez MeV, por ejemplo, pueden viajar con un grosor de plomo igual a un año luz (casi 10.000 millones de kilómetros) sin que la mitad de ellos haya interactuado con los núcleos de metal.

Hay tres tipos de neutrinos: el neutrino-electrón (Ve), el neutrino-muón (Vμ) y el neutrino-tau (Vτ). Derivan su nombre de otras tres partículas elementales, el electrón e, el muón μ y el tau τ, con el que están asociadas.

Los neutrinos «nacieron» en 1930 cuando W. Pauli propuso como «remedio a la desesperación» la existencia de una partícula neutra de baja masa para explicar la aparente falta de conservación de la energía en la desintegración radiactiva β.

Si esta adición hace posible conciliar la teoría y la experiencia, no es satisfactoria en la medida en que la partícula imaginada no se puede encontrar.

Al complicar una teoría, uno siempre puede explicar más resultados experimentales; por otro lado, existe el riesgo de proponer una descripción artificial de los fenómenos estudiados pero que están lejos de la realidad.

En 1933 el famoso físico italiano E. Fermi toma esta hipótesis y construye la primera teoría que describe esta reacción. Fermi propone el nombre de neutrino («el poco neutral» en italiano) para esta partícula hipotética y esquiva.

Dos décadas después las cosas se aceleran y el neutrino gana sus letras de nobleza, esta simple hipótesis teórica se convierte en una partícula «real», visible en los detectores.

En 1956, el quinto es destacado por F. Reines y R. Cowan. En 1962, Vμ fue descubierto por M. Schwartz, L. Lederman, J. Steinberger y J.-M. Gaillard. Finalmente, el experimento DONUT en 2000 detectó el Vτ, cuya existencia ya estaba predicha por medidas indirectas.

El año anterior, el experimento de SuperKamiokande en Japón había demostrado que los neutrinos tenían una masa muy baja, pero no de cero.

Esta es la primera observación directa de un fenómeno que requiere extender la teoría de las partículas elementales del modelo Estándar. 

Este resultado, aclamado por el Premio Nobel de Física 2002, abre nuevas perspectivas, tanto teóricas como experimentales a comienzos del siglo XXI. En particular, el fenómeno llamado «oscilaciones de neutrinos» es actualmente el foco de atención.

Por todo esto es importante la ecología en nuestro ecosistema diario, tenemos que reducir nuestra contaminación en el ecosistema en pos de la mejora energética.

Desintegración Beta

Ejemplo de desintegración beta: un neutrón se transforma en un protón con la emisión de un electrón y un (anti) neutrino. Si el electrón se detectó con precisión en la época de Chadwick, el neutrino permaneció invisible mientras quitaba parte de la energía liberada.

La historia de los neutrinos, las partículas elementales imaginadas «en el papel» mucho antes de que realmente se descubrieran, es interesante de muchas maneras.

Con una duración de más de noventa años, mezcla anécdotas, intuiciones y experiencias brillantes. La «invención» del neutrino en 1930 hizo posible comprender las mediciones hechas desde 1914, lo que la teoría no pudo explicar.

Sin embargo, las características más peculiares de esta partícula, para la cual toda la materia es casi transparente, han impedido que los físicos la detecten durante varias décadas.

Hoy en día los neutrinos siguen siendo un tema de estudio emocionante que está lejos de haber resuelto todos sus misterios. Hasta hace pocos años, los experimentos de física en estas partículas tenían como objetivo principal probar las predicciones teóricas previas: la existencia de neutrinos, la presencia de tres especies diferentes, etc.

Ahora, destacan nuevos comportamientos que no tienen lugar en el modelo actual de física elemental. Estos fenómenos son el primer signo directo de una nueva física cuyo resultado y comprensión son en la actualidad los principales aspectos de nuestra disciplina.