Cómo los neutrinos salvaron a la Tierra de una fría muerte

La importancia de una partícula cuatro veces ganadora del Nobel de Física
El neutrino nació en 1931 como la solución a un problema que atormentaba a los físicos. Si la pérdida de energía era teóricamente imposible, entonces se necesitaba la presencia de una partícula subatómica hasta entonces desconocida que explicara esta desaparición. Por proponer su existencia, el austríaco Wolfgang Pauli ganó el Nobel de Física en 1945. Pero la historia de los neutrinos y el prestigioso galardón no terminó allí.

En 1956 el estadounidense Frederick Reines consiguió demostrar de forma experimental la existencia de los neutrinos, motivo por el cual ganó el Nobel de Física en 1995. El descubrimiento era de nuevo crucial para la ciencia. Es que, si bien billones de neutrinos atraviesan nuestros cuerpos cada segundo sin que siquiera lo notemos, estas partículas resultaban difíciles de detectar y, por ende, de estudiar. No en vano se las apodó de fantasmas.

En 2002 el estadounidense Raymond Davis Jr. y el japonés Masatoshi Koshiba fueron premiados con un nuevo Nobel de Física por dar un paso más hacia el entendimiento de los neutrinos. Aunque estas partículas pueden formarse de numerosas maneras, lo que ambos equipos científicos consiguieron detectar fueron aquellas provenientes de las reacciones nucleares dentro del Sol y de otras estrellas. En otras palabras, captaron los neutrinos cósmicos.

Si bien billones de neutrinos atraviesan nuestros cuerpos cada segundo, estas partículas resultaban difíciles de detectar

Pero esta victoria abrió una nueva y peligrosa ventana al futuro. Según los cálculos de los modelos teóricos, la cantidad de neutrinos detectados eran apenas un tercio de los que deberían ser. La lectura más simple de esta diferencia numérica era que el Sol estaba muriendo. En un futuro, su brillo iba a comenzar a decrecer, lo que provocaría decaimientos en la temperatura de la Tierra. Sería el inicio de una lenta extinción por enfriamiento.

Pero había otra forma de interpretar esos dos tercios de neutrinos de menos. Es aquí donde entran los estudios liderados por los dos científicos que ganaron el Nobel de Física ayer, el japonés Takaaki Kajita, y el canadiense Arthur B. McDonald.

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El peso de ser pequeño


Los neutrinos son la segunda partícula más abundante del universo, solo vencidos por los fotones. Al igual que sucede con las partículas de luz, los científicos creían que los neutrinos carecían de masa.
Sin embargo, si los libros de física estuvieran equivocados y los neutrinos tuvieran masa, entonces aquellos provenientes del Sol no estarían desapareciendo en su recorrido rumbo a la Tierra. Podrían simplemente estar cambiando entre tres posibles identidades. Los cálculos, entonces, solo lograban detectar uno de cada tres. Kajita y McDonald lo pudieron demostrar.

Para llegar a esta conclusión, los equipos radicados en Japón y Canadá contaron con detectores de avanzada, ubicados bajo tierra, en antiguas minas alejadas de cualquier interferencia.

El Super-Kamiokande es un observatorio de neutrinos que consiste en una piscina de 50 mil toneladas de agua ultra pura, ubicado a mil metros bajo tierra. El lugar donde se erige era una vieja mina de zinc debajo de la montaña Kamioka, en la ciudad de Hida, en Japón. Kajita, también docente de la Universidad de Tokio, lideró el equipo que a fines de la década de 1990 descubrió que los neutrinos cambiaban de identidad.

"Para la física de partículas, este fue un descubrimiento histórico", informó la academia ayer

Por su parte, el Sudbury Neutrino Observatory fue creado en la década de 1980 por iniciativa y bajo el control de McDonald, quien en los 1990 se convirtió en su director. El detector fue construido a 2.100 metros bajo tierra en una ex mina de níquel en Ontario, Canadá. McDonald "ha sido el organizador y líder intelectual del proyecto", dijo Olga Botner, miembro del comité seleccionador de la Academia de Ciencias Sueca, que cada año otorga el Nobel.

"Para la física de partículas, este fue un descubrimiento histórico", informó la academia ayer. Significa el triunfo de la materia sobre la antimateria y la primera ruptura interna del llamado Modelo Estándar.
Durante más de 20 años, el Modelo Estándar de la física de partículas ha resistido una cantidad de descubrimientos y avances científicos. Sin embargo, la ahora confirmada masa de los neutrinos hace que esta "no pueda ser la teoría completa de los componentes fundamentales del universo", explicó la academia.

Aunque suene como algo sorprendente, la historia de la ciencia está repleta de teorías extensamente aceptadas que cayeron desde lo más alto. La diferencia quizá sea que, en este caso, el Modelo Estándar fue derribado por una partícula que se estima tiene una masa que equivale a la millonésima parte de un electrón.

A pesar de los cuatro Nobel entregados, los neutrinos siguen siendo las partículas elementales más elusivas de la naturaleza. De hecho, todavía falta calcular su masa exacta y delimitar sus propiedades. En los próximos años se esperan más descubrimientos y, por qué no, más premios para los científicos dispuestos a adentrarse en este pequeño mundo.



Pioneros premiados

Takaaki Kajita (Japón, 1959). Este docente de la Universidad de Tokio en Kashiwa, Japón, ha liderado el equipo de neutrinos atmosféricos en el observatorio nipón Super-Kamiokande desde la década de 1990. Según Olga Botner, miembro del comité seleccionador de los Nobel, el trabajo de Kajita ha sido "dar sentido a los datos obtenidos".

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Arthur B. McDonald (Canadá, 1943). El actual profesor emérito de Queen's University en Ontario, Canadá, fue el propulsor y encargado de controlar la construcción del Sudbury Neutrino Observatory en la década de 1980 y, desde los 1990 es su director. "Ha sido el organizador y líder intelectual del proyecto", dijo Botner sobre McDonald.

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