Los neutrinos atraviesan ingentes cantidades de materia sin enterarse; tan solo uno de cada diez billones es interceptado por nuestro planeta. Se les conoce como mensajeros del espacio profundo, podrían ser claves en la evolución del Universo, apenas interaccionan con la materia convencional, la Fundación Nobel ha reconocido con el Premio de Física 2015 los estudios en este campo de los científicos Takaaki Kajita (Japón) y a Arthur B. McDonald (Canadá) . Pero ¿qué son los neutrinos?
‘Los neutrinos son partículas elementales neutras que únicamente tienen interacciones débiles. Una de sus propiedades fundamentales, la masa, se está descubriendo experimentalmente en los últimos años. Existen en la naturaleza en tres formas según con que que partícula elemental cargada (electrón, muón o tau) se asocian en la interacción que los produce o los detecta’, explica el doctor Carlos Peña, del Instituto de Física Corpuscular IFIC (CSIC & Universitat de València), que imparte esta tarde la conferencia ‘Astronomía de neutrinos’ en el Museu y con quien hemos hablado sobre sobre estas escurrizadas partículas.
¿De dónde vienen?¿Qué procesos crearon estas partículas?
Los neutrinos se producen desde lo más lejano, cuando el Universo tenía aproximadamente dos segundos, hasta lo más cercano, en desintegraciones nucleares de núcleos radiáctivos en nuestro propio cuerpo. Los neutrinos se crean por interacciones débiles, generalmente en reacciones nucleares o desintegraciones de partículas inestables (como
los piones o muones, partículas que se producen en interacciones de partículas).
En un segundo, 66.000 millones de neutrinos atraviesan cada centímetro cuadrado de la piel de la mano de una persona, ¿por qué somos casi transparentes para los neutrinos?
Ser transparente significa que la interacción del haz incidente con el objeto es nula. Somos casi transparentes porque la interacción del neutrino de esa energía con el resto de partículas que forman el medio material es muy pequeña, mucho menor que la interacción que une los nucleones o en núcleo o la interacción electromagnética. En toda nuestra
vida, de esa cantidad de neutrinos que viene del Sol, solo uno se absorberá por nuestros átomos.
¿Qué relación tienen con la materia oscura?
Los neutrinos que conocemos son una pequeña componente de la materia oscura, pero no la mayoritaria. La materia oscura es fundamentalmente fría para formar las estructuras materiales que conocemos en el Universo. La hipótesis de trabajo adoptada mayoritariamente es que la materia oscura está formada por partículas con interacciones similares
o menores que los neutrinos, pero con velocidades mucho menores, por ser más masivas o por formarse más frías.
Si son tan escurridizos, ¿cómo se atrapa un neutrino? ¿Cómo son los telescopios que permiten a los científicos detectar estas partículas?
Necesitamos telescopios gigantes. La cantidad de materia que hay que poner en estos telescopios debe ser suficientemente grande para poder capturar alguno y poder detectar la señal generada en la captura. Dependiendo de la energía de los neutrinos y el número de ellos que nos cruza, se selecciona el tamaño del telescopio y el medio material. Entre otros, se utiliza agua ultra-pura, líquidos orgánicos centelleadores, agua marina o hielo antártico. En el futuro, grandes detectores de gases nobles también verán neutrinos. Los más importantes telescopios se encuentran en laboratorios subterráneos en Japón, Cánada, Italia, China, Mediterráneo o Antártida.
¿Qué es NEXT?
NEXT es un detector de gas a alta presión que se construye principalmente en Valencia y se localizará en el laboratorio subterráneo de Canfranc, que busca descubrir una desintegración muy infrecuente del isótopo Xe136 del gas xenon. Si observan esta desintegración, descubrirán que el neutrino es su propia antipartícula y que la masa del neutrino
tiene un origen diferente al del resto de partículas. Implica que hay alguien más que da masa a las partículas elementales, además del Higgs.
Además, el IFIC participa en los experimentos T2K y ANTARES, ¿en qué consisten?
T2K es un experimento que se realiza en Japón con importante participación del IFIC, en el que se produce un haz de neutrinos en el acelerador en Tokai de características controladas y se observa en dos detectores de neutrinos, uno cercano al haz y otro lejano, Super-Kamiokande. Ha permitido verificar el fenómeno de oscilaciones de neutrinos
y medir propiedades fundamentales de los neutrinos que dan lugar a este fenómeno. ANTARES es un detector de neutrinos de muy alta energía (con energía mucho mayor a la masa del protón) localizado en el Mediterráneo. Observa multitud de neutrinos producidos por las interacciones de los rayos cósmicos en la atmósfera y ha permitido diseñar una versión de telescopio mayor, Km3Net, que pretende descubrir neutrinos galácticos y extragalácticos.
¿Hacia dónde se dirigen las investigaciones en el campo de la astronomía de neutrinos?
Sabemos algunas de las propiedades de los neutrinos (oscilaciones, masa no nula de al menos dos neutrinos) y algunas de las fuentes (sol, tierra, supernova, rayos cósmicos, indicios de componente galáctica/extragaláctica). Estamos al inicio del camino y llevamos 50 años. Por ejemplo, hemos verificado que el Sol genera su energía mayoritariamente
por reacciones nucleares de fusión. Sabemos teóricamente que el esquema de reacciones nucleares en las estrellas más masivas (o cuando el Sol sea más viejo) es diferente, aún no hemos podido verificarlo directamente. En un orden de relevancia, descubrir si el neutrino es su propia antipartícula. Hay muchas areas de la astronomía en las que observaciones de los neutrinos procedentes de esas fuentes, permitirá cambios significativos en la caracterización de estas fuentes. Por ejemplo, neutrinos de la próxima supernova (con colapso del núcleo) cercana podrán aportar la información necesaria para comprender el mecanismo de explosión de la estrella, ó neutrinos galácticos y extragalácticos observados en los grandes telescopios de neutrinos permitirán aportar luz sobre quienes (los agujeros negros de las galaxias o los astros con explosiones gammas) generan los rayos cósmicos de mayor energía.
