Neutrinos solares

 Neutrinos solares
Ulises Solís Hernández
El estudio de los neutrinos es importante en campos de la ciencia como
astronomía y física solar. Su presencia en varios fenómenos astrofísicos
y cosmológicos hace posible estudiar y comprender objetos con los que
no podemos entrar en contacto directo.
Un buen ejemplo son los neutrinos solares, cada segundo y por cada
centímetro cuadrado de la superficie terrestre, 66 mil millones de
neutrinos están atravesando nuestro planeta. El lugar de donde
provienen es el mismo sitio donde el Sol produce toda su energía a más
de 16 millones de grados Celsius de temperatura y donde se produce la
energía de la cual depende la vida en la Tierra. Compuesto en su mayor
parte de hidrógeno y helio, el Sol es una esfera de gas incandescente
donde a medida que nos aproximamos a su centro se vuelve cada vez
más densa. La enorme atracción gravitacional entre los átomos genera
presiones muy fuertes en el núcleo del Sol generando temperaturas muy
altas, esto permite que se fusionen los núcleos de hidrógeno y helio
para formar otros elementos como berilio y litio, en este proceso se
libera calor en forma de fotones (partículas de luz), rayos X y neutrinos.
Los fotones creados necesitan miles de años para llegar a la superficie
del Sol y dejarlo atrás, pero los neutrinos, como interaccionan muy poco
con la materia escapan inmediatamente del Sol portando información de
primera mano del núcleo solar, lo que hace muy útil estudiar los
neutrinos provenientes del Sol para comprender su estructura interna.
Detectar los neutrinos solares es un trabajo muy difícil. Como
interactúan débilmente con la materia, se ha hecho necesario emplear
enormes cantidades de material y dejar los experimentos funcionando
por varios años. Para evitar confundirse con señales debidas a los rayos
cósmicos, los experimentos se localizan bajo tierra. El primero de estos
experimentos se encontraba en una mina de oro a 1300 metros de
profundidad en Homestake en Dakota del Sur. En un tanque se
introdujeron 350 mil litros de percloroetileno, un líquido para hacer
limpieza en seco. Los neutrinos producen reacciones que convierten
cloro en argón, cuando el argón regresa espontáneamente en cloro
emite rayos X y es por está radiación que sabemos de la existencia de
los neutrinos. Actualmente se encuentra funcionando en Japón un
detector descomunal llamado SuperKamiokande que consiste en un
tanque cilíndrico lleno de 50 mil toneladas de agua purificada y
enterrado a un kilómetro de profundidad. Los neutrinos chocan con los
electrones del agua acelerándolos a velocidades cercanas a la de la luz,
ocurre entonces un fenómeno en el que los electrones emiten luz (luz
Cerenkov) que es detectada por miles de fotomultiplicadores colocados
alrededor del tanque, confirmando así que los neutrinos están
atravesando el agua.
Otro sitio desde donde estamos recibiendo neutrinos son las
supernovas. Una supernova es una estrella en la etapa final de su
existencia que ha entrado en una fase de colapso estelar. Si su masa es
8 o más veces mayor que la del Sol, se forma una onda de choque que
rebota y se expande alejándose del centro de la estrella. En esta
explosión mucha de la materia de la estrella es liberada pero la mayor
parte de su energía es transportada por neutrinos que se crearon cerca
del núcleo. Estos neutrinos de supernovas pueden ser detectados en la
Tierra como ocurrió en 1987 cuando una supernova fue observada en
una galaxia llamada Pequeña Nube de Magallanes. La observación se
hizo en un laboratorio montado en Sudbury, Canadá (SNO), el recipiente
tiene forma de botella y está a 2 Km. bajo el suelo conteniendo mil
toneladas de agua pesada. Los neutrinos reaccionan con los
componentes del agua y se produce luz Cerenkov que es detectada por
9800 fotomultiplicadores dispuestos alrededor de la botella. Este
experimento es muy importante porque permite detectar neutrinos de
todos los sabores, lo que no pasa con el de Homestake y
SuperKamiokande.
La presencia de los neutrinos a nivel cosmológico es fundamental; la
velocidad a la que se expande el universo depende de su densidad y los
neutrinos contribuyen significativamente a ella al ser parte importante
de la materia en el cosmos. También fueron necesarios en la época
conocida como el Universo Temprano, en este periodo se formaron los
primeros núcleos atómicos, en particular los de hidrógeno y helio. Para
poder forjar un núcleo es preciso contar con un ambiente rico en
neutrones y la presencia de los neutrinos es obligatoria en las
reacciones nucleares que destruyen protones y crean neutrones.
Preguntas abiertas
El tema de los neutrinos es uno de los que con más interés se sigue en
la física moderna. No sabemos todo acerca de ellos, por ejemplo el valor
de su masa es desconocido, apenas en la última década tuvimos la
certeza de que su masa es distinta de cero pero el valor numérico no se
sabe cuál es. Las masas de los neutrinos tienen que ser muy pequeñas
pero como son tan abundantes su masa total podría ser tan grande que
superaría la masa de toda la materia ordinaria y entonces constituirían
parte de la misteriosa materia oscura.
Por otra parte toda la materia tiene su antimateria, para los quarks
existen los antiquarks, el electrón tiene al positrón, el muón al antimuón
y así por el estilo, el fotón es curioso pues es su propia antipartícula. En
cambio, no se sabe si los neutrinos tienen una antipartícula diferente o
si ellos mismos son su antipartícula como el fotón.
Existe además un fenómeno muy extraño conocido como oscilaciones de
neutrinos, que consiste en una conversión de un neutrino de un sabor
en otro de otro tipo. Es algo que ya se ha verificado pero que no se
comprende en su totalidad y que ha planteado muchas más preguntas
acerca de la naturaleza de los neutrinos. La respuesta a estas
interrogantes tendrá que esperar más tiempo pero ya se están
desarrollando nuevos experimentos en distintos países. También los
laboratorios celestes de los que ya hablamos nos aportarán valiosa
información para desentrañar los misterios que aun presenta esta
pequeña pero a la vez crucial partícula de la naturaleza.
REFERENCIAS
,http://www.ps.uci.edu/~superk/neutrino.htmlSitio de la Universidad de
California Irvine, hogar de Rowand y Raines quienes en 1995 recibieron
el premio Nobel por el descubrimiento del neutrino. Introducción no
técnica del Superkamiokande.
Solving the Mistery of the Missing Neutrinos. John N. Bahcall.
Excelente artículo de divulgación escrito por quien fuera la máxima
autoridad mundial sobre los neutrinos solares. Se puede descargar de
http://www.sns.ias.edu/~jnb/
La aventura de las Partículas.
http://particleadventure.org/spanish/Proyecto educativo interactivo del
Lawrence Berkeley National Laboratory dedicado a responder al público
dos preguntas: ¿de qué está hecho el mundo? y ¿qué es lo que lo
mantiene unido?
Partículas Elementales. Ramón Fernández Álvarez-Estrada, Marina
Ramón Medrano. La Ciencia Para Todos, Fondo de Cultura Económica.
México,2003.El número 195 de la serie de libros de divulgación científica
escritos por especialistas.