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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Los misteriosos neutrinos

"He hecho una cosa terrible. He postulado la existencia de una partícula que no puede ser detectada". Así se expresaba, en 1931, el gran físico austríaco Wolfgang Pauli, tras apuntar la necesidad de esas nuevas partículas. Aunque 25 años después se alcanzó la hazaña de su detección, los neutrinos siguen conservando su halo original de misterio y fascinación.

Hay que remontarse a 1896 para encontrar los precedentes. Henri Becquerel había descubierto una invisible radiación, procedente de las sales de uranio, que era capaz de ennegrecer a una placa fotográfica envuelta herméticamente. Pronto se supo que en el proceso responsable de la radiación, los núcleos convertían algunos de sus neutrones, de carga nula, en otras dos partículas: protones y electrones. Los protones, algo más ligeros, poseían carga positiva. Los electrones, de masa casi nula, estaban cargados negativamente. Pero la emisión de electrones, o radiación beta, resultaba extraña: era frecuente que emergiesen con poca energía, lo que parecía contravenir la ley de la conservación de la energía.

NEUTRINOS. Lo que Pauli propuso era una explicación a ese fenómeno. Sugirió que la salida de un electrón iba acompañada por la de otra partícula, dividiéndose la energía, de un modo irregular, entre ambas partículas. La nueva partícula debería estar desprovista de carga y no poseer casi masa. Poco después, el físico italiano Fermi, bautizaba a esa extraña partículas con el nombre de neutrino, diminutivo italiano de neutro. Dadas sus características, su detección parecía imposible.

Hubo de esperar hasta 1956, a las investigaciones realizadas con reactores nucleares. Los físicos americanos Reines y Carwan descubrieron, en los procesos de fisión, que existía liberación de antineutrinos, cuando los neutrones se transformaban en protones. Pronto se contó con apoyo experimental suficiente para detectar el raro choque de un antineutrino con un protón, es decir, el proceso inverso a la producción del antineutrino. Cuando ello ocurría, se formaba un neutrón, un antielectrón (positrón) y también se liberaba radiación gamma. Lo importante era que la existencia de los antineutrinos implicaba la existencia de los propios neutrinos.

Los procesos nucleares de los cuerpos celestes son fuente inagotable de neutrinos, y el propio Reines preparó una trampa para cazarlos. Dispuso de un gran depósito, con más de 400.000 litros de percloroetileno, en una mina muy profunda de Dakota del Sur. Por encima del depósito había suficiente tierra y rocas para poder absorber cualquier radiación solar que no fuese la de los superpenetrantes y minúsculos neutrinos. Con esta trampa, tras varios meses, en 1968, se comprobó la captura de varios de esos neutrinos que, absorbidos por los átomos de cloro, produjeron átomos de argón. Se demostraba así la existencia de neutrinos solares. Pero las teorías sobre la actividad nuclear en el centro del Sol predecían que la producción de neutrinos debía de ser el triple que la deducida experimentalmente. Nacía, pues, el conocido como misterio de los neutrinos perdidos.

MISTERIO. El Sol es una fuente de neutrinos de tal magnitud que, en la Tierra, nuestros cuerpos son atravesados, cada segundo, por cientos de billones de ellos. Pero su interacción con la materia es tan débil que son casi indetectables. Es significativo que, hace 10 años, tras la explosión de una supernova, en la Gran Nube de Magallanes, durante 10 segundos llegaron a la Tierra ingentes cantidades de neutrinos. Tan solo 19 de ellos fueron capturados, en detectores japoneses y americanos.

Considerados durante mucho tiempo carentes de masa, en 1980 comenzaron a encontrarse indicios de que la poseían, muy pequeña, del orden de una diezmilésima parte de la del electrón. También se supuso que existían tres clases de neutrinos, el electrón neutrino, el muón neutrino y el tauón neutrino, con masas que podían ser diferentes, pero siendo interconvertibles entre sí. Ello explicaría el misterio de los neutrinos perdidos. Sobre todo si el Sol solo emitía electrones neutrinos, convertibles en gran parte, con posterioridad, en las otras dos clases de neutrinos, con detectores capacitados únicamente para captar los que quedasen como electrones neutrinos. A pesar de su minúscula masa, hay tantos neutrinos en el Universo que su masa total representaría casi el 99% del total del Universo. Ello podría ayudar a explicar fenómenos como el de la materia oscura, la agrupación de galaxias, su formación, e incluso el posible destino final del Universo.

INVESTIGACIONES. Es admitido, unánimemente, que la captura y estudio de los neutrinos, procedentes del espacio, será esencial para comprender mejor el Universo. Los esfuerzos científicos para lograrlo se están intensificando. Los experimentos más importantes en marcha consisten, cada uno de ellos, en una serie de módulos de reconocimiento (decenas o cientos), separados entre sí 20-50 metros. Cuentan con filtros adecuados, de diferente naturaleza, para absorber al resto de las partículas y radiaciones, pero dejando pasar a los neutrinos. Entre los más interesantes, resumiremos las características de cuatro de ellos. El proyecto AMANDA (Antarctic Muon And Neutrino Detector) se realiza a un km del polo Sur geográfico. El freno aislante consiste en una capa de hielo de varios km de espesor, en cuyo fondo se sitúan los detectores de muones. El proyecto BAIKAL, en el lago siberiano de ese nombre, también cuenta con el hielo como filtrante. Al fondo de perforaciones muy profundas se bajan los instrumentos electrónicos detectores, en esferas de vidrio, resistentes a la presión. Para el alojamiento del laboratorio y parte del equipo científico, se ha acondicionado una antigua estación del ferrocarril transiberiano. En cuanto al experimento DUMAND (Deep Underwater Muon And Neutrino Detector), opera a 4,5 km de profundidad, en aguas oceánicas cercanas a las costas hawaianas. Finalmente, el experimento NESTOR (Neutrinos from Supernovae and TeV Sources Ocean Range), también ha buscado como alojamiento las profundidades marinas, con tubos fotomultiplicadores situados a más de 4 km de profundidad, frente a las costas griegas.

Los científicos opinan que estas investigaciones, a pesar de su magnitud, tan solo son el inicio de otras de mucha más envergadura que, en el futuro, harán posible el conocimiento de los neutrinos, de su comportamiento y de sus propiedades, todo lo cual servirá para comprender mejor el origen, la evolución y el destino del Universo.