A la caza del neutrino, esa alocada partícula

Tras diez años de construcción, el detector de neutrinos Ice Cube, situado en la Base Amundsen-Scott del Polo Sur, está terminado y listo para iniciar su importante tarea: la de detectar con alta resolución estas escurridizar partículas sin carga eléctrica ni apenas masa. El proyecto podría aportar enormes avances en cuanto a nuestro conocimiento del Universo e incluso de la Teoría de cuerdas.

El neutrino es una curiosa y diminuta partícula que carece de carga eléctrica –de hecho, neutrino significa, en italiano, neutro pequeño- y no siente la fuerza nuclear fuerte ni la electromagnética.

Su masa se creía nula. Pero las investigaciones de los últimos diez años, llevadas a cabo por científicos del University College de Londres, han confirmado que sí la posee aunque extremadamente pequeña (para hacernos una idea, unos cien millones de neutrinos equivaldrían a un átomo de hidrógeno).

Retrato de Bohr, Shrodinger y Pauli

Los físicos Bohr, Shrodinger y Pauli; éste último fue el primero en hablar del neutrino.

Su presentación teórica fue propuesta por el físico Wolfgang Pauli en 1930 pero que no fue realmente descubierto hasta 1956 con el trabajo de Fred Reines y Clyde Cowan, quiénes demostraron experimentalmente su existencia bombeando agua pura con un haz de diez elevado a dieciocho neutrones por segundo.

Sin embargo, su presencia en el Universo es de tal magnitud que se calcula que hay unos doscientos cincuenta en cada centímetro cuadrado de éste. Además viajan a velocidades enormes. De hecho, se calcula que, en el tiempo que tardamos en leer esta frase, habrán atravesado nuestro cuerpo millones de ellos.

A pesar de su elevado número, son muy difíciles de detectar, ya que, como decíamos, no sienten la fuerza nuclear fuerte ni la electromagnética. Además, al carecer de carga eléctrica, no interactúan con otras partículas cargadas y la posibilidad de que colisionen –dado su pequeño tamaño y que la materia es, fundamentalmente, espacio vacío– es mínima.

Y, sin embargo, son muy importantes para la Física de partículas, la Astrofísica y la Cosmología ya que, en palabras de Irina Mocioui, de la Universidad Estatal de Pennsylvania, «dado que no tienen carga eléctrica y sólo tienen interacciones débiles, pueden viajar distancias muy largas sin ser absorbidas por la materia o rechazados por campos magnéticos. Por tanto, pueden proporcionarnos nueva información sobre objetos y eventos astrofísicos».

De hecho, saber más acerca del neutrino completaría el llamado modelo estándar de la Física, es decir, aquél que pone en relación todas las partículas elementales, las cuatro fuerzas fundamentales y las dimensiones espacio-tiempo. Con ello, el panorama de lo que existe, básicamente, en el Universo quedaría cerrado salvo por el ya famoso bosón de Higgs, que está buscándose en el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra.

Por si ello fuera poco, se cree que los neutrinos comenzaron a formarse durante el Big Bang y continúan haciéndolo en la actualidad a causa de diferentes reacciones nucleares en el Cosmos con lo cual, cada corriente de ellos que llega hasta nosotros lleva información acerca del suceso que los produjo.

Todo ello los hace enormemente interesantes para la Física moderna. Por ello, existen en el mundo aproximadamente una docena de instalaciones que buscan capturarlos y obtener información de ellos.

Foto del University College de Londres

University College de Londres, cuyos científicos demostraron que el neutrino posee masa

Uno de los más importantes es el detector Súper Kamiokande, en Japón, que está construído a un kilómetro bajo el suelo para evitar interferencias de otros tipos de radiación. Es una espectacular estructura constituida por un depósito de cuarenta y siete millones de litros de agua –medio que aumenta las posibilidades de interacción de estas partículas- rodeado por once mil tubos multiplicadores y sensores de luz para captar la radiación que pueda producirse.

Sin embargo, este monstruo asiático se queda en nada al lado del nuevo detector construido en la base Amundsen-Scott, situada en el Polo Sur, bajo la dirección de la Universidad norteamericana de Wisconsin-Madison.

Bautizado como IceCube e instalado en plena meseta antártica, a una profundidad de unos 1440 metros, su construcción ha durado diez años y, por fin, está preparado para detectar la llamada ‘radiación de Cherenkov’, que se origina cuando los neutrinos chocan contra el hielo.

Es un gigante de un kilómetro cúbico que consta de ochenta y seis canales y un total de 5160 sensores ópticos tan sólo en el detector principal. Precisamente se ha elegido esa ubicación por ser ventajosa para captar la escurridiza partícula.

El Ice Cube es uno de los más ambiciosos proyectos científicos realizados con la colaboración de varios países. Su principal impulsora ha sido, como decíamos, la Universidad de Wisconsin-Madison, que ha sido apoyada financieramente por la Fundación Nacional Estadounidense para la Ciencia con objeto de que aquélla coordinara su construcción y su equipamiento, que en muchos casos es único en el mundo. Pero en su desarrollo han participado también investigadores de Bélgica, Alemania y Suecia.

Para aprovechar la climatología benigna, los ciento cincuenta trabajadores que realizaron la obra -ésta ha costado doscientos setenta millones de dólares- trabajaban por el verano y descansaban por el invierno, quedando tan sólo en el lugar un retén para su mantenimiento.

Se trata, en suma, de una obra realmente faraónica. Para hacernos una idea, la instalación de los fotodetectores con que cuenta el IceCube y que son del tamaño de una pelota de baloncesto requirió hacer cientos de agujeros de entre un kilómetro y medio y dos y medio en el hielo. Para ello, se utilizó una perforadora especial que utiliza chorro de agua caliente.

Foto de la base Amundsen-Scott

Base polar Amundsen-Scott, donde se ha construido el IceCube

Mediante la detección de los neutrinos, con una capacidad de alta resolución, los científicos esperan, además, avanzar en investigaciones tan variadas como el misterioso origen de los rayos cósmicos de mayor energía, los estallidos de rayos gamma, la búsqueda de la materia oscura o el estudio de las supernovas galácticas.

Y, por si todo ello fuera poco, su posicionamiento podría permitir al IceCube proporcionar la primera evidencia experimental de las dimensiones adicionales que prevé la Teoría de cuerdas.

En suma, un ambiciosísimo proyecto que, tras diez años de espera, por fin se pone en marcha. Las expectativas que ha despertado en la comunidad científica son enormes y, quizá, se le esté pidiendo demasiado desde antes de comenzar su labor.

Habrá que ir paso a paso obteniendo y analizando la información que nos brinde y esperar a que se vea confirmada porque los investigadores son muy dados a echar las campanas al vuelo a las primeras de cambio y, como dijo el clásico, «piano, piano, si arriva lontano», es decir, poco a poco, se llega lejos.

Fuente: Scitech News y Science News.

Fotos: Bohr, Shrodinger y Pauli: Maugdo Vásquez López en Artelista | University College de Londres: Ceridwen en Geograph | Base Amundsen-Scott: Zutalegh en Fotopedia.

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