Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

La invisible materia negra

Cada segundo atraviesan nuestro cuerpo miles de millones de infinitesimales, velocísimos neutrinos que proceden del Sol y que, tras vencer esa insignificante dificultad, a continuación son capaces de atravesar la Tierra.

Por otra parte, la mayoría de los astrónomos y cosmólogos están convencidos de que nada menos que el 90% de toda la masa del Universo está constituida por una misteriosa forma de materia, sobre cuya naturaleza existe muy poco conocimiento verificado, ya que no puede ser observada ni analizada directamente, sino tan solo por sus efectos gravitatorios indirectos. Por ello es conocida como materia invisible, materia oscura o materia negra. Para intentar encontrar una explicación al respecto se pueden manejar varias posibilidades: 1). Los científicos, por alguna razón, no realizan correctamente los cálculos respecto a las leyes gravitatorias universales; 2). La teoría general de la relatividad de Einstein, en la que se basan los fundamentos conocidos sobre la gravedad, no es correcta; y 3). Existe una materia negra cuyas propiedades no conocemos.

HIPÓTESIS. La tercera de esas opciones es la que posee más defensores y, en otra ocasión anterior, recogíamos las diversas hipótesis existentes respecto a la naturaleza de esa materia negra cuya fuerza gravitatoria la delata en el Universo, aunque no se la detecte. Indicábamos que entre los candidatos se encontraban desconocidos sistemas planetarios, agujeros negros, estrellas oscuras e incluso unas pequeñísimas partículas, los neutrinos, cuya principal dificultad radicaba en que tradicionalmente se les había considerado carentes de masa. Al comentar hoy algunas importantes novedades respecto a este tema, comenzaremos por cuantificar el asunto con unas cifras: la Tierra pesa unos 600 trillones de toneladas; el sistema solar, una cantidad más de trescientas mil veces superior; en la Vía Láctea existen más de cien mil millones de sistemas como el solar; en el Universo se distribuyen centenares de miles de millones de galaxias como nuestra Vía Láctea. Entonces, ¿cuál es la masa del Universo?. Superior a las 1048 toneladas y, de ellas, la inmensa mayoría es materia negra sobre cuya naturaleza solo existen hipótesis.

Volviendo al comienzo de este artículo, actualmente el punto de mira de los científicos se dirige hacia los neutrinos. Su abundancia es tal que se calcula que, por cada átomo de cualquier elemento existente en el Universo, deben de haber como mínimo unos cien millones de neutrinos, que emanan de las reacciones nucleares que transcurren en el interior de las estrellas. De ellas salen despedidos a la velocidad de la luz, pudiendo atravesar limpiamente cualquier obstáculo normal que se presente en su camino.

NEUTRINOS. Se conocen tres clases de neutrinos y, por consiguiente, de antineutrinos: electrónico, muónico y tau. Si tuviesen algo de masa, aunque fuese tan pequeña como de una millonésima parte de la que posee el menor núcleo atómico conocido, el protón, eso podría explicar, debido a su tremenda abundancia, el misterio de la materia negra. El problema consiste en que la simple detección de un neutrino es una empresa muy ardua, necesitando el concurso de complejas y carísimas instalaciones blindadas subterráneas para poder detener a algunos de ellos. Más difícil es poder demostrar que poseen masa, pero últimamente se han alcanzado éxitos esperanzadores al respecto.

Durante 1994, usando el detector de neutrinos líquido de centelleo del laboratorio de partículas de Los Álamos, EE.UU., se han detectado hasta ocho fenómenos denominados oscilaciones de neutrinos, consistentes en la conversión de neutrinos de un tipo en neutrinos de otro tipo. Concretamente, mediante técnicas muy sofisticadas se ha creído observar las consecuencias de la transformación de antineutrinos muónicos- producidos en un reactor, del que se escapan algunos a través del blindaje- hasta la forma de antineutrinos electrónicos. Ello ocurrió a lo largo de los treinta metros que separan el reactor del recipiente en el que tiene lugar la detección del antineutrino electrónico. Tomando como base ciertas propiedades de las funciones de onda de las partículas cuando vibran, se ha podido deducir que efectivamente parece que los neutrinos poseen una pequeña masa y que esta masa es diferente según el tipo de neutrino que se trate.

ESPAÑA. Diversos científicos españoles están participando en la búsqueda de la masa de los neutrinos. Un grupo de investigadores de la Facultad de Física de Zaragoza, junto con equipos norteamericanos y argentinos colaboran en un laboratorio instalado en una mina abandonada a mil kilómetros al sur de Buenos Aires, a cerca de 400 metros de profundidad, protegido con un espectacular blindaje basado en plomo. Allí tienen colocado, a 200 grados bajo cero, un detector de germanio, a la espera de que un neutrino pudiera llegar, ser detectado y medida su masa a través de su interacción con el detector. Más ambicioso es otro proyecto conjunto entre científicos de la Universidad de Berkeley, EE.UU., del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Laboratorio de Astrofísica Espacial y Física Fundamental, este último dependiente del INTA o Instituto Español de Técnica Aerospacial. Se trata de un experimento espacial en el que se lanzará un primer minisatélite español, el Minisat 01, de 200 kilos de peso, que orbitará la Tierra a 600 kilómetros de altura. Estará dotado de un instrumento, el espectrógrafo ultravioleta de radiación difusa que, como su nombre indica, pretende explorar ese tipo de radiación, cosa imposible de hacer desde la Tierra, ya que lo impide la capa de ozono atmosférico. El espectrógrafo permanecerá durante dos años explorando el Universo en todas las direcciones. En el caso de localizar ese tipo de radiación, ello significaría muy probablemente la detección de la transformación de un neutrino con una masa de 28 electronvoltios, con una cierta vida media, hasta otro tipo de neutrino con solo 14 electronvoltios de masa. Los otros 14 electronvoltios se emitirían en forma de radiación ultravioleta difusa analizable en el espectrógrafo, tal como sostiene la teoría del astrónomo Dennis Scianna, quien, entre otros discípulos, ha contado con algunos tan archifamosos como el propio Stephen Hawking.

PROBLEMAS. Aun suponiendo que todas estas experiencias constituyeran éxitos de gran resonancia, el tema de los neutrinos presenta otras incógnitas adicionales por resolver. Por ejemplo el denominado problema atmosférico de los neutrinos. En resumen, los cálculos teóricos indican que el número de neutrinos electrónicos que alcanzan la Tierra, procedentes del Sol, debería ser, al menos, el doble del observado. La causa de ello podría ser la posible conversión de una buena parte de los neutrinos electrónicos en neutrinos muónicos no detectados. Pero, en tal situación, lo lógico sería pensar que este cambio tendría lugar, más o menos regularmente, a lo largo de los casi 150 millones de kilómetros de distancia entre el Sol y la Tierra. La probabilidad de que el suceso de transformación ocurra en una longitud de 30 metros, como la que existe realmente en los experimentos de Los Álamos, sería casi nula, lo que contradice los resultados antes señalados.

En resumen, el problema de la materia negra del Universo se encuentra en una encrucijada de gran interés. La probable confirmación de los neutrinos con masa abre numerosas posibilidades no solo respecto a este tema, sino también respecto a otros. Algunos, tan importantes como el calentamiento del medio interestelar, la curva de rotación de las galaxias, el proceso acumulativo de masa en el Universo primitivo que dio origen a las galaxias y a las estrellas, la gran cantidad relativa de helio existente, y otras muchas incógnitas todavía sin resolver.

El Universo
» Otras Noticias
23-11-2013

Materia oscura

19-10-2013

Alma

08-12-2012

Grial