Y yo quiero ser...Cazador de Neutrinos
(Por
Xabier Marcano)
Escucha música mientras lees, vete al final.
Cazador de
neu… ¿qué? Alguna vez me había imaginado ser cazador de vampiros, cazador de
Pokemon o hasta cazador de quidditch. Pero, ¿cazador de neutrinos? ¿Cómo voy a
cazar algo que no sé ni lo que es? ¿Y si luego me muerde?
Entiendo tus
dudas. Yo también las tuve. Yo también las tengo todavía. Pero intentemos
entenderlo juntos. Te propongo un juego que nos ayudará a entender un poco
mejor qué son los neutrinos. Intenta pensar en alguna cosa pequeña, la más
pequeña que conozcas. ¿La tienes? ¿Una piedra? Las piedras pueden ser muy
grandes… ¡Ah! Te refieres a una piedra pequeña. Muy pequeña. Pero, ¿cómo de
pequeña? Por muy pequeña que sea esa piedra siempre habrá otra más pequeña, y
luego otra, y luego otra…. Habrá un punto en el que sea tan pequeña que ya
dejaremos de llamarla piedra y le daremos otro nombre como el de molécula o
átomo. ¿Habías oído hablar de ellos antes? Son muy pequeños, ¿verdad? ¿Sabes lo
que hay dentro de los átomos? Partes aún más pequeñas que llamamos partículas.
¿Y dentro de estas partículas? Nada.
Dentro de
estas partículas ya no hay otras, al menos que sepamos. Este juego acaba aquí.
Si pensaste en estas partículas desde el principio, ganaste. No se conoce nada
más pequeño, son las piezas más pequeñas del universo, y por eso se les llama
partículas fundamentales o elementales. ¿Por qué estas y no otras? Nadie ha
sido capaz de descubrirlo todavía.
Los físicos
teóricos en sus despachos y los físicos experimentales en los laboratorios se
dedican a investigar estas partículas fundamentales —entre otras muchas cosas,
como descubrirás en este libro—. Pasan horas estudiándolas y clasificándolas,
como un cazador Pokemon completando su Pokedex, y se han dado cuenta de que
existen muchas distintas. Trabajan con partículas como el electrón, los quarks
o el bosón de Higgs (si quieres saber qué son estas partículas puedes buscar en
otros capítulos de este libro, también en “CIENCIA, Y además lo entiendo!!!”
[1]). Todas estas partículas elementales son tan pequeñas que no podemos verlas
directamente con los ojos. Ni siquiera con un microscopio normal. Necesitamos
los microscopios más potentes del mundo. Máquinas gigantes que hacen chocar
partículas muy, muy rápido — por eso se llaman aceleradores de partículas — y
en ellos se ponen unas cámaras de fotos muy especiales, diseñadas para detectar
cualquier rastro de una partícula que haya pasado por allí — por eso se les
llama detectores de partículas —. Pero hay un tipo de partícula que es muy, muy
difícil de atrapar. Si estuviésemos en un partido de quidditch, estas
partículas serían tan difíciles de cazar como la snitch dorada. Estas
partículas son los neutrinos.
La primera vez
que físicos como Pauli o Fermi pensaron que los neutrinos podrían existir se
los imaginaron casi como vampiros: eran partículas imposibles de ver, no sabían
cómo atraparlas, y si se miraban en el espejo no podían ver su reflejo —en
física, esto se conoce como violación de la paridad—. Entonces, pensarás, si no
podemos verlos, ¿cómo sabemos si existen? ¡Por eso necesitamos cazarlos!
Esto se
consiguió por primera vez en 1956, cuando los físicos Cowan y Reines diseñaron
su experimento del neutrino. O dicho de otra forma, diseñaron una trampa para
neutrinos. Prepararon un tanque con agua de manera que si un neutrino era
atrapado dentro saltarían chispas, avisando de que había ocurrido, y lo
colocaron muy cerca de un reactor nuclear, pues sabían que ahí se producían
muchos neutrinos. Pusieron la trampa cerca de la madriguera. ¡Qué listos! Por
algo fueron los primeros cazadores de neutrinos de la historia.
Fig.
1. El detector de Super-Kamiokande en Japón cuando estaba siendo rellenado con
los 50 millones de litros de agua, mientras científicos en una balsa comprueban
las cámaras de fotos con forma de bombilla de las paredes.
Imagen del observatorio de Kamioka [2].
Imagen del observatorio de Kamioka [2].
Por suerte,
los neutrinos no se producen sólo en los reactores. En realidad, ni siquiera
necesitamos producirlos nosotros. Se crean en la atmósfera de la Tierra, en el
Sol y en todo el universo. Se crean muchos. Muchísimos. Tantos que cada segundo
miles de neutrinos atraviesan la Tierra. Qué digo miles, ¡miles de millones! Por lo
tanto, lo único que tenemos que hacer es coger un cubo y sentarnos en un parque
a esperar a que algún neutrino caiga dentro.
Ay, ojalá
fuese tan fácil.
¿Recuerdas que
los neutrinos eran tan difíciles de ver como los vampiros? Pues esto es porque
son capaces de atravesar casi cualquier cosa sin alterarse, sintiendo apenas un
cosquilleo débil. Prácticamente ningún neutrino se enteraría de que estamos
allí esperándolos. Con nuestro cubo en el parque, tendríamos suerte si
cazásemos un neutrino, sí, sólo uno, en toda nuestra vida.
Pero estoy
seguro de que ya habrás visto el problema. El cubo es muy pequeño, ¡necesitamos
un cubo más grande! Eso mismo pensaron en Japón, donde construyeron un cubo
gigante llamado Super-Kamiokande (Fig. 1.). Lo hicieron bajo una montaña, en
una vieja mina, para protegerse de la luz —ves como se parecían a los vampiros
— y de otros rayos que vienen del cielo, y lo llenaron de unos 50 millones de
litros de agua. ¿Sabes cuánta agua es ésta? Podrías beber 1000 litros de agua
al día durante 100 años y aún te sobraría. ¿Te lo imaginas? ¡Te pasarías meando
todo el día!
Claro, con un
cubo tan grande sí que podremos encontrar neutrinos. Por eso se llaman
detectores de neutrinos y los físicos han construido otros parecidos en muchas
partes del planeta, ¡incluso bajo el mar o bajo el hielo de la Antártida! Cada vez construyen
detectores más grandes y sofisticados, y con ellos cada vez aprendemos más
sobre los neutrinos.
¿Te apetece
hacer una cosa divertida con los neutrinos? ¡Saquemos una foto al Sol! ¿Qué,
que eso lo puedes hacer cualquier día con tu móvil? Vale, hagámoslo más
interesante, ¡¡Saquemos una foto al Sol por la noche!! ¿No me crees que se
pueda hacer? Pensemos dónde está el Sol por la noche. Exacto, al otro lado de
la Tierra, bajo nuestros pies. Su luz no llega hasta nosotros porque no puede
atravesar la tierra, por eso la noche es oscura. Pero el Sol también nos manda
neutrinos y ellos sí que pueden atravesar la Tierra. Nuestros ojos no pueden
ver estos neutrinos, tampoco nuestros móviles, pero los detectores de neutrinos
sí. Así que lo único que tenemos que hacer es usar estos detectores gigantes y
apuntar hacia abajo. ¡Y ya está! Tenemos una foto del sol por la noche, ¡hecha
con neutrinos! (Fig. 2.)
Fig. 2. El
sol por la noche visto con neutrinos.
Crédito del observatorio de Kamioka [2].
Crédito del observatorio de Kamioka [2].
Gracias a
estos detectores podemos estudiar los neutrinos. ¿Sabes cuántos neutrinos hay?
Por ahora se han encontrado tres tipos distintos. También se ha descubierto que
los neutrinos no son siempre del mismo tipo, que les gusta cambiar de estilo.
¡Qué pesados!
Todos estos
descubrimientos sobre los neutrinos son difíciles de conseguir, pero muy
importantes para la física. Tanto que casi todos han supuesto el premio Nobel
para quienes lo consiguieron. Aún nos quedan muchas cosas que aprender sobre
ellos, sobre cómo son y cómo se comportan. Es importante seguir
investigándolos. Y es que los neutrinos también pueden esconder secretos sobre
muchas otras propiedades del universo, incluso de su propio origen. ¿Te parece
curioso? ¡A mí también! Por eso me dedico a estudiarlos.
Los neutrinos
son unas partículas muy extrañas. El universo está lleno de ellos y aún así nos
cuesta mucho verlos y estudiarlos. Es un mundo misterioso que débilmente
llegamos a entender, repleto de secretos que se nos escapan. Para resolverlos, tendremos
que cazar neutrinos. ¿Te atreves?
Referencias:
[1]
A.M. Uranga Urteaga, Capítulo 46 y V. Martín Lozano, Capítulo 47 del Libro
“CIENCIA, y además lo entiendo!!!” (Ed.: Q. Garrido Garrido):
Xabier Marcano
Doctor en Física Teórica
Investigador
postdoctoral en el Laboratoire
de Physique Théorique de Orsay, Francia.
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