jueves, 8 de julio de 2010

Neutrinos

Hola Elementales,

Cuando algo interesante esta a punto de pasar se suceden las publicaciones y noticias desde todas partes.Pues si es así: ¡algo esta a punto de pasar con los Neutrinos!

Os recuerdo brevemente que los neutrinos son unas partículas elementales hasta donde sabemos, esto es que no están compuestas de nada más pequeño aún. Son leptones, o sea que no les afecta la fuerza nuclear fuerte (de la misma familia que los electrones). Su propiedad más importante es que al ser "neutros" de ahí su nombre no poseen carga electrica y por tanto tampo parece afectarles la fuerza electromagnética, y practicamente carecen de masa en reposo: durante mucho tiempo se pensó que carecían de masa, hoy sabemos que poseen pero muy, muy pequeña. Al final parece que sólo interactúan por al fuerza nuclear débil: son capaces de trasmutar partículas cuando chocan con ellas y reacciones similares. Son casi fantasmas: sólo reaccionan rara vez y en cantidades mínimas, para ellos la materia normal es casi transparente: atraviesan la Tierra de lado a lado como si no existiera. Un sólo neutrino podría atravesar una bloque de acero del espesor de una galaxia sin enterarse Por suerte son tan numerosos que al final unos pocos interactúan... así que son muy dificiles de detectar, sólo se consigue moviendo cantidades ingentes de materia en lugares recónditos...



En el detector de Italia Gran Sasso se está llevando a cabo el proyecto OPERA, que consiste en detectar neutrinos tipo tau a partir de neutrinos tipo muonicos generados en el CERN a 730 Kms de distancia (ya mencionamos este centro la entrada anterior pero por otro proyecto en el que están detectando neutrinos del interior de la Tierra).
Han anunciado con fecha 31 de mayo,  que por fin se ha detectado la que sería la primera prueba irrefutable de la oscilación neutrínica (con un 98% de probabilidad de que no sea debido a otras causas). El experimento consiste en generar neutrinos de tipo muónico en el CERN (Ginebra Suiza), enfocarlos hacia este detector, atravesando la tierra de por medio en esos algo más de 700 Kms, donde después se detectan, filtran y analizan. En este caso como dijimos el detctor es una gran tanque subterraneo lleno de líquido transparente y completamente lleno de detectores-fotomultiplicadores opticos para amplificar el fogonazo de la Radiacion Cherenkov que se produce cuando un neutrino choca con una partícula del líquido.

Al mismo tiempo el proyecto MINOS en el Fermilab, ha publicado igualmente unos resultados sorprendentes e inesperados de asimetria entre neutrinos y antineutrinos, gracias a la enorme precisión nunca antes conseguida en la medida de la energía de los neutrinos. Generan neutrinos y antineutrinos en el injector principal del acelerador Fermilab (Vatabia, Illinois a 50Kms al Oeste de Chicago) y se detectan en el detector MINOS en Soudan (Minnesota) a 735Kms de distancia. El resultado arroja una variación del 40% (en un paramatro llamado "delta m squared" que mide la mezcla de la oscilación neutrínica) menor para los antineutrinos con respecto a los neutrinos. En este caso el detector es más sutil y mide y separa a los muones o antimuones, que se producen cuando interactúa el neutrino o antineutrino de turno con el detector, gracias a un potente campo magnético. En los 2,5ms del viaje los neutrinos oscilan cambiando su sabor y cambiando de masa (y cambiando a su vez su "frecuencia", nótese que la energía total de la partícula permanece igual).

Pero lo más prometedor de todo está pasando en el proyecto IceCube en la Antartida, que ya os mencioné en una entrada anterior. Alli están a punto de tener en meses totalmente operativo este gigantesco detector de neutrinos formado por pozos perforados en el hielo de más de un kilómetro de longitud. Cada uno situado a modo de malla de red en cuadrados cubriendo un área de más de un kilómetro de lado. En cada pozo de introduce una cadena de cable con detectores cada 17 metros. Consiguiendo un detector en que en conjunto  tiene más de un kilómetro cúbico.
En verdad se trata del primer y mayor observatorio astronómico de neutrinos del mundo. Ya está empezando a generar imágenes de nuestro Universo en "neutrinos", y el resultado aunque provisional es sorprendente: todas las estrellas, agujeros negros, y objetos como pulsar, etc... son generadores de neutrinos. Pero con este detector podemos mirar directamente dentro de ellos, No sólo viendo la superficie como hasta ahora. También podremos mirar las fuentes de rayos X y Gamma directamente para averiguar su origen: la mayoría de los misteriosos estallidos de rayos Gamma sólo suponemos su origen mediante hipótesis, el resto así como de muchos rayos cósmicos superenergéticos ni sospechamos qué los puede producir. También creemos que parte de la materia oscura puede desintegrase dejando una huella neutrínica inconfundible y totalmente distinto a los visto hasta ahora en nuestros aceleradores y otras fuentes detectadas... Ya hemos hecho un primer mapa provisional del Universo y de nuestra estrella el SOL y de la Tierra... ¿No os maravilla?
Nuestro sueño es detectar una supernova a tiempo: podremos ver todas las fases desde que es aún una estrella hasta que su remanente final pasando por su contarcción brusca y la onda de choque y gases en expansión final. Como los neutrinos tienen masa anunque poca llegarán algo depués que los fotones de luz. Si la distancia en considerable nos dará tiempo a estar preparados!

¿Cómo creemos que funciona la oscilación neutrínica y en definitiva los neutrinos?
Creemos que cada neutrino tiene un fuerte caracter "quantico". Existe como una superposición simultanea de los tres sabores conocidos (si no son más...). Cada sabor lo podemos imaginar como una onda de una frecuencia proporcional a su masa. cada neutrino es como una onda compuesta de una suma en una proporción determinada de tres "tonos" puros (eletronico, muonico y tau). Ásí la probabilidad de que yo lo detecte como uno sólo de estos sabores es proporcional a la componenete que de él tenga la superposición: Ejemplo: un neutrino: 70%e, 15% m y 15%t) se detectará casi seguro como electrónico.
La novedad es que esta proporción no es fija sino que al igual que una onda que se propaga en función del desfase que se va produciendo al avanzar y dependiendo de dónde y cuando midamos obtendremos una combinación diferente: por ejemplo en el caso de antes partiendo de 1:0:0 podremos detectar 4:1:1
Un neutrino electronico empieza a tener probabilidad creciente de detectarse como muonico o tau... así observando muchos emitidos de un sólo sabor nos podemos sorprender encontrando un nuevo sabor! En el caso de OPERA se han elegido neutrinos muonicos de partida para estar seguros y evitar confusiones, ya que el SOL y los reactores nucleares de la Tierra así como la radiactividad natural del uranio y torio presentes en la Tierra generan neutrinos únicamente electronicos. ¡Y se han detectado algunos de tipo tau!.

Ya sabemos que  la proporción muonico-tau siempre es igual, así las combinaciones suelen ser del tipo: 4:1:1. 7:5:5, etc.. los dos últimos números son iguales... debe de haber una simetría oculta e intrínseca que aún no podemos explicar.
Si hubiera más sabores de neutrinos en la naturaleza su masa debe de ser muy elevada (sería como un tono de mucha más frecuencia y con muy poca amplitud: indistinguible aún del ruido de fondo...) conforme aumentemos la "precisión" de nuestros instrumentos podremos ir descartando teorias y afinando otras. También mejoraremos la "resolución" de nuestra astronomía de neutrinos: el Super-Kamiokande en Japon tiene una resolución como telescopio de apenas 26º (muy mala), ICECUBE tendrá algo mejor que un 1º (0,26º seguramente).

No sólo avanzaremos en la teorías físicas fundamentales, también, y al igual que hubo una revolución en nuestra concepción del Cosmos con el descubrimiento de cada nueva astronomía: primero óptica, luego los radiotelescopios, luego la infrarroja y ultravioleta, ahora estamos empezando a saborear la de rayos X y Gamma. La década siguiente será la de Neutrinos.


Un saludo Elementales


Francisco Jose Menchen