Neutrinos que dan la cara

Huella de un neutrino muónico atmosférico.

Científicos del laboratorio italiano Gran Sasso, en colaboración con el CERN de Ginebra, acaban de detectar oscilaciones en un neutrino. Anna Artigas analiza el impacto del hallazgo, que abre nuevos caminos a la física.

El Universo está constituido por distintos tipos de partículas fundamentales, los ladrillos de nuestro Cosmos. Estas partículas se enlazan entre ellas para constituir todo aquello que se ve y todo aquello que no se ve. El neutrino es una de estas partículas, la más abundante que existe, la más pequeña y también la más desconocida.

La primera predicción de su existencia fue realizada en 1930 por el físico teórico Wolfgang Pauli al darse cuenta de que para que se cumplieran las leyes de la física hacía falta otro tipo de partícula distinta a las conocidas hasta el momento, una partícula "tímida" que debía estar escondiéndose de los detectores y que había conseguido pasar desapercibida hasta entonces.

Tres años más tarde, el italiano Enrico Fermi incluyó la partícula estudiada por Pauli en sus teorías sobre radiación y éstas fueron capaces de explicar muchos de los experimentos que hasta el momento habían fallado. Fermi la bautizó con el nombre de ‘neutrino', que es el equivalente italiano a ‘neutroncito', ya que se trata de una partícula pequeña y neutra, es decir, que a diferencia de otras partículas como el electrón, no tiene carga eléctrica. Varios años y experimentos más tarde pudo ser descubierta una propiedad muy importante de los neutrinos y es que existen tres familias, también llamadas sabores: los neutrinos electrónicos, los neutrinos tauónicos y los neutrinos muónicos.

Estas partículas llegan a la Tierra desde todas las direcciones y desde múltiples fuentes astronómicas, como por ejemplo las estrellas y, en particular, nuestro Sol. Los neutrinos no se desvian de su trayectoria original, ya que apenas interaccionan con el resto de la materia. Una vez llegados a nuestro planeta continúan su camino sin vacilar. En realidad, en estos momentos miles de millones de neutrinos atraviesan el cuerpo de todos nosotros sin que nos demos cuenta. Se trata, por lo tanto, de partículas escurridizas y difíciles de estudiar. Hay que tener en cuenta que el hecho de que no tengan carga eléctrica las hace insensibles al electromagnetismo, que es una de las armas que se utilizan más frecuentemente en física para cambiar la trayectoria de las partículas. Aunque no es habitual, los neutrinos pueden interaccionar con la materia. Conociendo cómo se realiza esta interacción, estas partículas pueden ser detectadas y estudiadas.

El caso del Sol
Uno de los grandes misterios relacionados con el neutrino -y que culminó con el Premio Nobel de Física en el 2002- fue el aparente déficit de neutrinos procedentes del Sol. Según dictaba la teoría debían llegar hasta nosotros un cierto número de neutrinos, pero lo cierto era que llegaban aproximadamente un tercio de los esperados. Había dos posibilidades, o bien la teoría era errónea o bien a los neutrinos les sucedía algo en su viaje hasta la Tierra. La solución a esta incógnita estaba en la sugerencia del físico Bruno Pontecorvo: los neutrinos oscilaban de una familia a otra. Es decir, cambiaban de familia dejando claro que no eran más que tres caras distintas de la misma partícula, una partícula camaleónica que mutaba según las condiciones. Estas oscilaciones se conocen desde hace varias décadas, pero aunque se han producido observaciones de la desaparición de neutrinos de un cierto tipo nunca hasta ahora se había observado la aparición en su lugar de un neutrino de familia distinta. Nunca hasta hace unos días, en el laboratorio italiano Gran Sasso y en el transcurso del experimento OPERA (por sus siglas en inglés, Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), dedicado a observar las oscilaciones de los neutrinos de una familia a otra. El proceso se realizó de la siguiente manera: un flujo de protones acelerados en el CERN, cerca de Ginebra, se hizo colisionar contra un objetivo de grafito; esta colisión produjo un flujo de neutrinos muónicos que fueron dirigidos hacia los laboratorios del LNGS (Laboratorio Nacional del Gran Sasso). El colisionador del CERN encargado de crear el flujo de este tipo de partículas es el SPS (Super Proton Synchrotron), un anillo de 7 kilómetros de radio.

Partículas escurridizas
El flujo de neutrinos viajó por debajo de la superficie terrestre en dirección al pico más alto de los Apeninos italianos, sede del LNGS , a 732 km de distancia del CERN. El trayecto que realizan estos pequeños viajeros a velocidades cercanas a la de la luz dura menos de 3 milisegundos, y en este lapso de tiempo, si hay suerte, un neutrino cambiará de cara. Debido a lo escurridizo de los neutrinos, apenas interactúan con la materia por lo que se desplazan en un camino recto, pasando a través de la corteza de la Tierra sin inmutarse. Por esta razón es muy importante que desde el mismo inicio el rayo apuntara exactamente hacia los laboratorios del Gran Sasso, sitio en el que se deberían abservar las oscilaciones. En el LNGS se contabilizan los neutrinos. Hasta ahora, siempre había coincidido el número y el tipo de neutrinos enviados desde Suiza con el número y el tipo de los recibidos en Italia. El experimento OPERA lleva en funcionamiento desde 2006 y desde hace tres años recibe un flujo incesante de neutrinos que provienen del CERN. Nunca se había visto ninguna oscilación. Pero al final sucedió in extremis (pues estuvo a punto de cancelarse el experimento) y se logró el objetivo. En el Gran Sasso detectaron la llegada de un neutrón tauónico junto al resto de flujo de neutrinos muónicos, es decir, se captó por primera vez la llegada de un tipo de neutrino distinto al enviado. He aquí el hallazgo.

Testigos del cosmos
Las observaciones realizadas son de gran utilidad para la física de materiales, la astrofísica o la cosmología. Dado que para los neutrinos la materia es prácticamente transparente, éstos llegan hasta nosotros con información de primera mano. Los que llegan hasta los detectores terrestres son los mismos que en su día salieron del núcleo del Sol, de una estrella moribunda o del interior de la Tierra. Sus características no cambian ya que a penas interaccionan con su entorno. Los que llegan a la Tierra, pues, son testigos directos de los grandes acontecimientos del Cosmos. Por eso, su estudio es de vital importancia.