Mira, la estrella cometa

Confirmado: el neutrino tiene masa

En junio de 1998, un experimento japonés, el Super-Kamiokande, ya ofreció indicios sólidos de que el neutrino, la partícula más esquiva del universo, podía tener masa. En junio de 2001, otro experimento más sólido aún parece confirmarlo.
Los científicos del Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO) acaban de presentar unos resultados -los primeros del enorme detector- que parecen confirmar lo que ya se venía intuyendo, que el neutrino tiene masa. Este descubrimiento tiene importantes implicaciones, ya que puede resolver el viejo misterio de la falta de neutrinos solares. Además, estos resultados plantean problemas al modelo vigente, el Modelo Estándar de partículas, debido a que éste no contempla neutrinos con masa.

Algo de historia

Los neutrinos son partículas elementales sin carga eléctrica y -al parecer- con poquísima masa. Debido a que sólo interactúan con el resto de partículas mediante la fuerza nuclear débil -y ahora también mediante la aún más débil fuerza gravitatoria-, atraviesan la materia con más facilidad de la que un fotón atraviesa el aire. Aunque hay neutrinos por todas partes, estas características los convierten en las partículas más difíciles de detectar de todas las que existen.

El Sol produce trillones de neutrinos cada segundo debido a las reacciones nucleares de fusión que se producen en su núcleo. Como raramente interactúan con otras partículas, los neutrinos que llegan del Sol pasan a través de la Tierra a casi la velocidad de la luz como si ésta no estuviera ahí. Se calcula que de los miles de millones que atraviesan nuestro cuerpo cada segundo, sólo uno o dos de ellos interactuarán con alguno de nuestros átomos durante toda la vida.

El primero que predijo la existencia de los neutrinos fue Wolfgang Pauli en 1930, al ver que no se conservaba la energía en las desintegraciones radiactivas. Teorizó que ese déficit de energía sería emitido en forma de una partícula que no se había detectado. Enrico Fermi acuñó el término neutrino cuatro años después al desarrollar su teoría de las desintegraciones radiactivas, pero tuvieron que pasar 22 años más para que se obtuviera evidencia experimental de su existencia, cuando en 1956 Clyde Cowan y Fred Reines consiguieron detectar neutrinos emitidos desde un reactor nuclear, lo que le valió el Nobel de física a éste último.

Hoy sabemos que no existe un solo tipo de neutrino, sino tres: el neutrino electrón, muón y tau. Según la teoría, el Sol produce vastas cantidades del neutrino del electrón, pero los experimentos que se han venido llevando a cabo en los últimos años detectaban muchos menos neutrinos de los que la teoría predecía. Esto significa que o bien están equivocados los modelos teóricos del Sol o bien nuestro entendimiento de los neutrinos.

El secreto está en la masa, de nuevo

En el artículo publicado el pasado 18 de junio en el Physical Review Letters, los científicos del SNO presentan unos resultados que, combinados con los del experimento Super-Kamiokande de 1998, confirman que los neutrinos pueden oscilar de un tipo a otro en el trayecto desde el Sol hasta el detector. Esto explica por qué los experimentos de detección anteriores, que utilizaban detectores sólo sensibles a los neutrinos del electrón, detectaban menor cantidad de la esperada.

[Observatorio de Neutrinos de Sudbury]
El Observatorio de Neutrinos de Sudbury está a dos kilómetros de profundidad, libre de ruidos que puedan interferir con las mediciones, como los rayos cósmicos.
La transformación de un tipo de neutrino en otro también implica otra cosa: que tienen masa. Aunque todavía no se conoce con exactitud, este experimento acota la suma de las masas de los tres tipos de neutrino entre 0,05 eV (electrón-voltios) y 8,4 eV. Como comparación, el electrón tiene una masa de 510.999 eV, entre 60.000 y 10 millones de veces superior a la del neutrino. Esto descarta que el neutrino aporte una cantidad de masa sensible a la materia oscura que falta en el Universo, como se venía especulando.

Con estos resultados, los teóricos que estudian la física del Sol pueden respirar tranquilos, pues el problema no estaba con sus modelos. Sin embargo, los físicos de partículas tendrán que ingeniárselas para introducir neutrinos con masa en una teoría que englobe al Modelo Estándar de partículas.

El detector SNO, en el que participan científicos de Canadá, EE.UU. y el Reino Unido, es un enorme tanque con 1.000 toneladas de agua pesada (un átomo de oxígeno y dos de deuterio, el hidrógeno pesado) muy purificada, situado a 2.000 metros de profundidad en una antigua mina de níquel canadiense cercana a Sudbury, Ontario. Este experimento es el primero de una serie que está llevando a cabo el observatorio. A principios de mes se añadió sal al agua pesada para utilizar otra técnica con más sensibilidad a los otros dos tipos de neutrino, que proporcionará resultados independientes para averiguar más acerca de su masa y para estudiar otras de sus propiedades.