Dr. José Manuel Nieto Jalil
Director del Departamento Regional de Ciencias en la Región Centro-Sur Tecnológico de Monterrey Campus Puebla
Los neutrinos son las partículas elementales subatómicas más livianas de la naturaleza, la porción más pequeña de la realidad y el objeto más difícil de estudiar en el mundo microscópico; son más pequeñas que un átomo, suponen un componente fundamental del Universo y atraviesan por trillones nuestro cuerpo y el resto del planeta Tierra cada segundo casi a la velocidad de la luz y sin que nos demos cuenta de ello.
La mayoría de los neutrinos que llegan a nuestro planeta proceden del Sol y sólo unos pocos, los de mayor energía, se originan más lejos, en otras estrellas y galaxias lejanas.
Tienen una masa muy, muy pequeña, un espín de un medio, y no tienen carga, por eso se llaman neutrinos: son neutros.
Con estas características es muy raro que interaccionen con la materia y por eso es complicado de encontrarlos, ya que atraviesan la materia igual que la luz atraviesa un cristal.
Casi todo lo que rodea a los neutrinos constituye un misterio, incluso su misma existencia. En 1930, el físico austriaco Wolfgang Pauli la predijo para resolver el problema de la desintegración beta de los neutrones, un fenómeno radiactivo en el que un átomo inestable o un electrón o su antipartícula, un positrón y así poder compensar la aparente perdida de energía y momento lineal. Pauli esgrimió una razón de mucho peso para afirmar que los neutrinos tenían que existir; en caso de que no existieran se violaría la ley de conservación de la energía.
Esta partícula hipotéticamente prevista por Pauli debería no poseer masa, ni carga, ni interacción fuerte, por lo que no se podía detectar con los medios de la época. Durante 25 años, la idea de la existencia de esta partícula sólo se estableció de forma teórica. De hecho, es muy pequeña la posibilidad de que un neutrino interactúe con la materia ya que, según los cálculos de física cuántica, sería necesario un bloque de plomo de una longitud de un año luz (9.5 billones de kilómetros) para detener la mitad de los neutrinos que lo atravesaran.
No fue hasta 1956 que los norteamericanos Clyde Cowan y Frederick Reines demostraron su existencia experimentalmente, finalmente, en 1962 los físicos norteamericanos Leon Max Lederman y Melvin Schwartz y el físico alemán Jack Steinberger mostraron que existía más de un tipo de neutrino al detectar por primera vez al neutrino muónico.
Los neutrinos surgen en procesos nucleares: en el Big Bang, en los núcleos de las estrellas y también en los aceleradores de partículas. De las cuatro fuerzas fundamentales que existen en el universo: electromagnética, gravitatoria, débil y fuerte, los neutrinos solo se ven afectados por la gravitatoria de una manera pequeñísima y la débil. Al no tener carga no interaccionan con la fuerza electromagnética y tampoco interaccionan con la fuerza fuerte.
Los fantasmales neutrinos son de tres tipos: electrónico cuando aparece con un electrón, muónico si se asocia a un muón o taónico si se relaciona con el taón (muón y taón son los nombres que reciben las partículas elementales parecidas al electrón y su denominación deriva en los nombres para los neutrinos). Aunque los tres son aparentemente diferentes se convierten espontáneamente uno en otro de manera oscilante cambiando de identidad. Este peculiar comportamiento hizo pensar a los físicos que, después de todo, tienen una masa.
En los últimos días han aparecido noticias de la medición de la masa de los neutrinos. En efecto, los neutrinos no deberían tener masa, pero en 2001, dos detectores, Super-Kamiokande en Japón y el Observatorio de Neutrinos de Sudbury, demostraron que en realidad tienen una distinta de cero, un avance reconocido en 2015 con el Premio Nobel de Física.
Los experimentos han situado el límite superior de la masa en 2 eV. Pero ahora, los líderes del experimento Karlsruhe Tritium Neutrino o Katrin, famoso por las espectaculares fotografías cuando era trasladado en 2006 por la ciudad alemana de Eggenstein-Leopoldshafen, han dado a conocer nuevas mediciones que reducen el rango de masa en más de la mitad. En concreto, disminuyen el límite superior de la masa del neutrino de 2 eV a 1 eV.
Aunque los neutrinos atraviesan la materia son terriblemente esquivos. Son partículas neutras sin carga e interactúan con otra materia sólo a través de la llamada interacción débil, lo que significa que las oportunidades para detectarlos y medir su masa son raras y difíciles. Si rellenara el sistema solar con plomo hasta cincuenta veces más allá de la órbita de Plutón, aproximadamente la mitad de los neutrinos emitidos por el Sol aún abandonarían el sistema solar sin interactuar con ese plomo.
Por otro lado, los neutrinos que llegan a nuestro planeta proceden del Sol o de la atmósfera, pero unos pocos, los de altísima energía, se originan mucho más lejos. El 12 de julio de 2018, el experimento IceCube, un inmenso observatorio enterrado bajo el hielo de la Antártida, anunció la detección de uno de estos poderosos neutrinos inergalácticos y finalmente en estos días apareció la noticia que fue develado el origen de la misteriosa partícula fantasma hallada en la Antártida.
La partícula solitaria, conocida como IceCube-170922A, provenía de un blazar, uno de los fenómenos más violentos del Universo, denominado TXS 0506 + 056 y situado a unos 4 mil millones de años luz de distancia en la constelación de Orión.
Un blazar es una galaxia elíptica gigante con un enorme agujero negro supermasivo que gira rápidamente en su núcleo. Emite desde sus polos dos gigantescos chorros de luz y partículas elementales que van en direcciones opuestas. Uno de los chorros de este blazar en concreto apunta directamente hacia la Tierra, lo que fue clave para desvelar el origen del neutrino.
El hallazgo también permitió identificar la primera fuente de los rayos cósmicos, unos chorros de partículas de altísima energía que bombardean continuamente la Tierra y proponer en la revista Astronomy & Astrophysics que los neutrinos podrían ser generados por una colisión cósmica entre el material inyectado. Esta colisión de material inyectado es actualmente el único mecanismo viable que puede explicar la detección de neutrinos de esta fuente. Conocer la masa y las propiedades de los neutrinos de altísimas energías permitirá a los científicos responder preguntas fundamentales en cosmología, astrofísica y física de partículas, cómo evolucionó el Universo o qué física existe más allá del modelo estándar.
En los últimos días del mes pasado, un equipo internacional de científicos ha conseguido reunir nuevos datos sobre el núcleo energético de una galaxia activa a millones de años luz de distancia mediante la detección de los neutrinos emitidos por ella.
En su artículo de Science, los investigadores explican cómo han descubierto que NGC 1068, también conocida como Messier 77, en la constelación de Cetus, a 47 millones de años luz de la Tierra, es un emisor de neutrinos de alta energía. Neutrinos que los científicos han podido observar gracias a uno de los mejores detectores de estas partículas que existe, el Observatorio de Neutrinos IceCube en la estación Amundsen-Scott, en la Antártida, donde trabajan más de 400 científicos de 58 instituciones de todo el mundo.
El logro de los científicos de IceCube es sólo el preludio de toda una serie de hallazgos futuros que mejorarán lo que sabemos sobre el Universo.
