Los neutrinos y el misterioso origen de nuestro universo de
materia
El
Observatorio de Neutrinos de Sudbury, en Canad. EL MUNDO
El premio Nobel de Fsica de 2015 ha sido concedido a Takaaki
Kajita y Arthur McDonald "por el
descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos, que demuestran
que los neutrinos tienen masa". Los
neutrinos son partculas elementales del Modelo Estndar, la
exitosa teora que describe los
componentes ms fundamentales de la materia.
De todas las partculas existentes, los neutrinos son las peor
conocidas por la dificultad que entraa su
deteccin. Por ejemplo, la masa de los neutrinos es tan pequea
que hasta que los experimentos
liderados por Kajita y McDonald publicaron sus resultados, se
pensaba que era nula. Hoy en
da seguimos sin saber cul es su masa, pero s sabemos que no es
cero. Esto replantea el lugar
de los neutrinos dentro del Modelo Estndar: si obtienen su masa
del campo de Higgs como el resto de
partculas, por qu la de los neutrinos es tan pequea?; y abre
nuevas posibilidades como que el
neutrino obtenga su masa de un mecanismo alternativo, pudiendo
ser su propia antipartcula, o que los
neutrinos sean responsables de por qu vivimos en un Universo
hecho de materia y no de antimateria.
Para entender las oscilaciones de neutrinos, es necesario saber
que existen tres identidades de
neutrinos: electrnica, munica y taunica.
Si los neutrinos no tuvieran masa, un neutrino creado con una
identidad la mantendra durante
toda su existencia. El fenmeno de las oscilaciones de neutrinos
consiste precisamente en que estas
identidades no son inmutables, y que los neutrinos alternan
entre ellas peridicamente, con una
frecuencia que es proporcional a su masa.
La primera manifestacin de este comportamiento se observ en los
neutrinos electrnicos producidos
en las reacciones nucleares del interior del Sol. Raymond Davis
midi el nmero de estos neutrinos con
un detector en la Tierra (hazaa por la que comparti el premio
Nobel de 2002), midiendo
aproximadamente un tercio de los que se esperaban. Durante ms de
treinta aos diversos
experimentos midieron este nmero, encontrando siempre menos de
los esperados. Esto condujo a
proponer las oscilaciones de neutrinos como una solucin al
problema: la desaparicin de neutrinos
electrnicos podra deberse a que en su viaje desde el corazn del
Sol hasta nuestros detectores los
neutrinos mutaban a sus otras identidades, que no podan ser
detectadas.
SNO, el experimento de McDonald, confirm esta interpretacin de
manera unvoca en 2002, midiendo
por vez primera el nmero de neutrinos total, sin distinguir
identidades, usando la disociacin del
deuterio, hallando un buen acuerdo con la prediccin terica. Para
ello fue necesario construir un
detector en una mina en Sudbury (Canad), a ms de 2 km de
profundidad, y llenarlo con 1000
toneladas de agua pesada.
La segunda manifestacin de las oscilaciones se encontr en los
neutrinos producidos por los rayos
csmicos en la atmsfera. Al igual que sus compaeros solares, el
nmero medido de neutrinos (en este
caso municos) era inferior al esperado. El misterio qued
resuelto en 1998 cuando Super-Kamiokande,
el experimento de Kajita, anunci que el dficit de neutrinos
dependa de cunta distancia haban
viajado, tal y como predeca la teora de oscilaciones.Para ello,
en la mina de Kamioka (Japn), un
detector con 50.000 toneladas de agua y ms de 11000 sensores de
luz meda la direccin de la
partcula cargada creada en la interaccin de los neutrinos.
Actualmente las oscilaciones de neutrinos son uno de los campos
ms activos en la Fsica de
Partculas, con mltiples experimentos midiendo las probabilidades
de oscilacin con precisin
creciente. En un futuro cercano, gracias a estos experimentos
sabremos ms acerca de la masa de los
neutrinos y si los neutrinos se comportan de la misma forma que
sus antipartculas.
