Las partículas más misteriosas del universo se cazan en Japón a 800 metros bajo tierra

neutrinos-universo-japon

Imagina que lanzas una bola de billar contra otras tres bolas en el centro de la mesa. Al chocar, la energía de la primera se transmitirá a las otras tres. La suma de la energía (producto lineal, para ser puristas) que tienen las tres bolas tras el choque debía ser igual a la que traía la primera, o de lo contrario se hubiese creado o destruido energía. Algo imposible.

image3502

Hacia 1930, un físico llamado Wolfgang Pauli comprobó cómo los neutrones se desintegraban en el laboratorio en dos partículas medibles (protones y electrones), pero cuyo momento lineal sumado no daba como resultado el momento lineal del neutrón. Es decir, faltaba algo. Una partícula esquiva y que costó años cazar.

Las propiedades del neutrino

Es posible que al lector le suene el Bosón de Higgs, una partícula también esquiva que estuvo dando la lata durante unos años. Como este bosón, el neutrino fue durante décadas tan solo un garabato al otro lado de una ecuación. Se sospechaba que existía, pero resultaba imposible de medir. Es como si el neutrino no quisiese ser fotografiado de ninguna manera.

Hoy día, que conocemos parte de sus propiedades, entendemos por qué es. El neutrino tiene (aproximadamente) una milmillonésima de la masa de un átomo de hidrógeno. Dicho en otras palabras, es lo suficientemente pequeño en masa como para no reaccionar con absolutamente nada a su paso.

Y es un paso a alta velocidad, ya que estas partículas podrían incluso viajar a 1,0002 veces la velocidad de la luz.

Van demasiado rápido, tienen muy poca masa y, para colmo, no reaccionan casi a la fuerza nuclear fuerte ni a la fuerza nuclear débil. Es decir, que nos atraviesan miles de ellos constantemente pero no producen ningún tipo de reacción, no interactúan con la materia y apenas sí lo hacen con los campos electromagnéticos.

Para visualizarlo de manera más cercana, imaginad que el neutrino es un tipo de insecto minúsculo, invisible, que puede atravesar la materia a voluntad, que tampoco pueden captar las cámaras y cuya presencia pasa inadvertida al resto del mundo animal. ¿Ya lo tienes en la cabeza? Bien, ahora trata de catalogarlo.

observatorio-neutrinos

Rastro del primer neutrino en una solución de hidrógeno líquido, 1970. Fuente: Wikipedia

Pues eso es lo que en 1970 se consiguió en el Argonne National Laboratory. Hubo una observación indirecta de un neutrino pasando por una cámara de burbujas de hidrógeno líquido. Una vez que se confirmó su existencia surgió un nuevo tipo de laboratorio (y de científico).

Los cazadores de neutrinos

Tras detectar el primero de los neutrinos por parte de la humanidad, alguien hizo un cálculo rápido con la radiación solar y se dio cuenta de que estamos siendo bombardeados a cada instante con neutrinos, y que estos atraviesan el planeta como si nada.

Incluso tres años antes de que el primero de ellos fuese avistado, el químico y físico Raymond Davis Jr. ideó una manera de ver los neutrinos. O por lo menos de comprobar que estaban ahí. Se dio cuenta de que si un neutrino chocaba con un átomo de cloro-37 era posible que lo absorbiese, formando otro elemento, el argón-37, y liberando un electrón. Con el problemilla implicado que tenía el argón-37 como elemento radioactivo peligroso.

Las primeras pruebas, sin embargo, resultaron infructuosas. Demasiado ruido de fondo (radiación cósmica) en los tanques de cloro-37. Se decidió entonces soterrar estos laboratorios a profundidades que han ido aumentando con el tiempo. En este caso, una mina de oro situada en Dakota del Sur.

El método de Davis era útil (pero poco eficiente) y planteaba alguna duda e interpretación. Así que tomó el relevo Cherenkov, que medía la radiación del mismo nombre. Y es que la comunidad científica observó que aparecía una luz azulada cuando algo que viajaba increíblemente rápido atravesaba un medio líquido.

subbury-neutrino-observatory

Subbury Neutrino Observatory. Fuente: VK

Por ejemplo, si un neutrino solar atravesaba un tanque repleto de agua pura. Eso es exactamente la estructura principal del Sudbury Neutrino Observatory, en forma de esfera de 17.8m de diámetro (arriba); o del Super Kamiokande, un enorme tanque de 40m de diámetro y 40m de altura (abajo). Este último contiene nada menos que 50.000 toneladas de agua.

super-kamiokande-cern

Super Kamiokande. Fuente: T2K. Sí, lo que ves son dos técnicos en una barca dentro del cilindro

Enterrado bajo 800 metros de roca, el Super Kamiokande no se ve afectado por la radiación cósmica, y su tamaño descomunal permite albergar más de 11.000 tubos fotomultiplicadores. Cada uno de estos tubos es capaz de detectar incluso fotones individuales.

Aun así, toda la tecnología e infraestructura posible resulta escasa ante la baja interacción que tiene el neutrino con la materia. Incluso con todo este despliegue de medios es complicado detectar y medir neutrinos, una de las partículas que sigue siendo de las más misteriosas del universo, y de la que podemos aprender cómo fue el origen de todo lo que existe.

Esta superestructura soterrada ha ido ampliándose con el paso del tiempo desde un volumen de tan solo 3.000 toneladas de agua a más de diez veces más según los requerimientos de las observaciones. El primer KamiokaNDE (Kamioka Nucleon Decay Experiment) buscaba observar precisamente eso, el decaimiento de los protones, sin conseguirlo.

Lo que sí logró tras varias actualizaciones fue detectar masa en los neutrinos, aunque fuese muy pequeña, gracias a que estos seguían un fenómeno físico llamado oscilación de neutrinos. Fue en 1998, en las vísperas de un nuevo milenio, cuando conseguimos observar un cambio real en la estructura de los neutrinos, así como medirlos en cierta forma. Nunca se había hecho nada parecido.

Por desgracia, el Kamiokande es una herramienta, y las herramientas en ocasiones sufren desperfectos. Apenas tres años después de este descubrimiento parte de los fotomultiplicadores implosionaron en una reacción en cadena dejando inservible todo el laboratorio. Fueron necesarios cinco años de preparaciones y 6.000 fotomultiplicadores más.

Desde junio de 2006, por fortuna, el Super Kamiokande sigue mirando al cielo a través de una montaña entera, en busca de los conocimientos que el universo todavía nos tiene reservados.

Etiquetas: