Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Los neutrinos también pesan

En los últimos días todos los espacios informativos de la prensa, radio y televisión se hacían eco, de un modo destacadísimo, de las noticias procedentes de Takayama, Japón, sobre el proyecto Super-Kamiokonde: el hallazgo, calificado de histórico, de que los neutrinos tienen masa y de que ello pueden explicar el misterio de la materia negra del Universo, que puede significar más del 90% de la masa total del Universo.

De confirmarse, efectivamente se trataría de un avance cosmológico importante y de grandes consecuencias para la Física moderna. Pero conviene que seamos prudentes. Vivimos en una época en la que la saturación de la información hace que se busque el interés usando adjetivos superlativos para las noticias. Pero, aunque un golpe de suerte siempre sea posible, usualmente el avance científico se hace de una forma acumulativa, con pasos más o menos largos, pero siempre pasos.

¿NOVEDAD?. Respecto a lo que informativamente se ha presentado como gran novedad, podemos recordar que en otro artículo divulgativo, hace ya casi 5 años, bajo el título de "El misterio de la materia invisible" indicábamos la posibilidad de que los neutrinos fuesen la explicación de la misteriosas materia negra "pues en 1990 algunos científicos, entre ellos el Premio Nobel Hans Bethe, afirmaron que las teorías convencionales sobre los neutrinos podían ser erróneas ya que era demostrable la posibilidad del cambio de variedad entre ellos, lo que indica la existencia de alguna masa, por lo que si se agrupasen en suficiente cantidad podrían ser la causa de la materia negra". Dos años después, en otro artículo sobre "La invisible materia negra", relatábamos las experiencias realizadas, desde 1994, en Los Álamos, experimentos que habían conseguido detectar hasta ocho fenómenos de oscilaciones de neutrinos, es decir, de conversiones de neutrinos de una clase en otra clase. También nos referíamos a diversos grupos españoles participantes en proyectos relacionados con este tema. Sobre la dificultad del estudio de los neutrinos, en un artículo, también en esta Sección, publicado el pasado año, bajo el título de "Los misteriosos neutrinos", recordábamos que su descubridor, en 1931, el gran físico austriaco Pauli llegó a decir: "He hecho una cosa terrible. He postulado la existencia de una partícula que no puede ser detectada". Asimismo, en este artículo, se revisaban los principales proyectos internacionales, previstos o en ejecución, destinados a la Investigación de la naturaleza de los neutrinos.

SUPER-KAMIOKANDE. La Teoría Estándar establece que las partículas elementales de la materia se pueden clasificar como bosones o como fermiones. Se diferencian ambas clases en su "espín", que es una propiedad mecánica cuántica relacionada con su rotación. El espín de un bosón es un número entero: 0, 1 y 2. Sin embargo, los fermiones poseen espines de 1/2 y 3/2. Entre los fermiones se encuentran los neutrinos, que no poseen carga ni masa (o es mínima, inferior a una diezmilésima parte de la de un electrón). Los neutrinos se producen en ingentes cantidades en el Sol, o en otras fuentes astronómicas (rayos cósmicos que inciden en la atmósfera, explosiones de supernovas, etcétera). Existen tres clases de neutrinos, el neutrino electrón, el neutrino muón y el neutrino tau, pero sus interacciones con la materia son tan débiles que pueden atravesar fácilmente el planeta Tierra. Su número es tal que, en un segundo, cada uno de nosotros, es atravesado por millones de neutrinos, sin efecto aparente alguno. Para detectar los neutrinos hay que obstaculizarlos, esperar a que una minúscula fracción de ellos consiga interaccionar con la materia y, después, analizar las características de esa interacción.

Esta es la finalidad del Super-Kamiokande, un proyecto japonés-americano, en el que colaboran 23 Instituciones científicas de ambos países, con la finalidad de disponer del mayor observatorio subterráneo de neutrinos del mundo. La inversión realizada hasta ahora supera los 100 millones de dólares y se concreta a 200 km al norte de Tokio, en los Alpes japoneses, en la antigua mina de zinc Kamioka, situada bajo tierra, en la base del monte Ikena, a 1.000 metros de profundidad. Allí se ha ubicado un gran tanque de 40 m de diámetro y 40 m de altura lleno con 50.000 toneladas de agua totalmente purificada. En el fondo y superficies laterales del fondo están colocados los detectores, que consisten en más de 13.000 fototubos, muy sensibles a la conocida como radiación de Cerenkov, que puede ser originada como consecuencia de las interacciones de los neutrinos con los átomos del agua purificada. Los neutrinos llegan por la parte superior, tras atravesar las rocas del monte, o por la parte inferior tras haber atravesado toda la Tierra, estudiando sus diferencias. El proyecto está funcionando desde hace casi un año y cada día se llegan a registrar aproximadamente un millón de reacciones en el agua. La mayoría de ellas se deben a la radiación de fondo, procedente de las rocas y otras fuentes, pero unas 30 detecciones se adscriben como originadas por neutrinos solares y otras 10 por los neutrinos atmosféricos.

RESULTADOS. La semana pasada se anunciaron los resultados preliminares obtenidos en estos primeros meses de operación por los investigadores. El motivo fue la celebración, en Takayama, Japón, de la conferencia NEUTRINO'98, así como la de la reunión de primavera, en Washington, del congreso de la American Physical Society. Aunque las conclusiones necesitarán dos años antes de que puedan ser confirmadas con todo rigor, todo apunta a que: a) en el experimento solo se pueden detectar neutrinos electrones y no los neutrinos muones ni neutrinos tau; b) la detección de únicamente el 50% de los neutrinos esperables, procedentes del Sol, se debe al fenómeno de la "oscilación de los neutrinos, es decir, a la conversión de neutrinos detectables hasta forma no detectables; c) la explicación de esas conversiones significa, necesariamente, que los neutrinos poseen masa, aunque sea mínima; d) la pérdida de masa en la conversión de un neutrino es del orden de cinco millonésimas partes de la masa de un electrón. Sin embargo, no se tienen datos todavía sobre la masa real de los diferentes neutrinos; e) posiblemente las conversiones vayan desde neutrinos electrones hasta neutrinos muones o neutrinos tau, pero no se descarta tampoco que pueda existir otra clase de neutrinos hasta ahora no conocida, la de unos hipotéticos neutrinos estériles; f) en cualquier caso, que los neutrinos tengan masa podría explicar que la materia negra esté compuesta íntegra o parcialmente (al menos en su 10%) por neutrinos invisibles, que son difícilmente detectables.

Por tanto, la conclusión es clara: se ha dado un paso, un gran paso, pero solo un paso, en la comprensión de la naturaleza de los fantasmagóricos neutrinos, confirmando hipótesis científicas anteriores que ya estaban apoyadas, aunque más débilmente que ahora, por diversas evidencias experimentales.