artículos, escritos y demás piezas perfectamente obviables perpetradas por Javier Armentia (@javierarmentia por algunas redes)
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2004-07-28
A La Caza Del Neutrino
Publicado en EL CORREO, Territorios, Ciencia-Futuro, miércoles 28 de julio de 2004
Sin carga, sin apenas masa (aunque tras 70 años seguimos sin saber cuánto pesa), capaz de atravesar la Tierra entera sin chocar contra nada, el neutrino sigue trayendo de cabeza a los físicos...
Fue uno de los primeros inventos de la nueva física que nacía en los años 20: invento en el sentido estricto porque el físico Wolfgang Pauli lo creó para resolver un problema que se daba en las ecuaciones que describían la desintegración radiactiva. La historia, o el misterio, había nacido unos años antes, en 1896, cuando Henri Becquerel primero y luego Pierre y Marie Curie descubrieron que algunas sales de uranio eran capaces de emitir una radiación extraña, energética, capaz de impresionar placas fotográficas aunque no era luz. El inglés Rutherford identificó tres años después dos tipos diferentes de radiación, y las llamó Alfa y Beta. Se trataban, por la forma en que se emitían, de partículas con carga eléctrica (un campo magnético era capaz de desviar su trayectoria). Los Curie se dieron cuenta de que la radiación Beta no era sino electrones, que escapaban de los núcleos radiactivos. Las partículas Alfa, sin embargo, eran núcleos de Helio. En 1900, otro físico, Villard, describió un tercer tipo de radiación, la Gamma, emitida por los núcleos del elemento Radio, que era luz altamente energética.
El descubrimiento de la radiactividad se sumaba a una serie de fenómenos que la física estaba encontrando a finales del XIX para los que las teorías clásicas no tenían explicación. Es normal que en los laboratorios se creara una verdadera conmoción, intentando comprender qué sucedía y, sobre todo, cómo podía explicarse. En el caso de la radiactividad, la experimentación fue mostrando que no había teoría posible, en el marco de la física clásica, que pudiera dar cuenta de lo que estaba pasando.
Y de ahí nacieron los neutrinos. En 1914 se comprueba que los electrones de la radiación Beta salen en un rango continuo de energías. Sin embargo, los físicos tienen claro que esos electrones se producen en una extraña reacción que convierte a un neutrón (una de las partículas que componen el núcleo atómico y dan realmente su "peso" a la materia) en un protón (la otra partícula nuclear). Según las leyes de conservación de la física, la conservación de la energía y del momento, esos electrones que escapan del núcleo deberían tener una energía determinada (diferentes velocidades fijas, según las características del núcleo que los produce). Pero no era así. O bien las leyes de conservación fallaban o se estaba escapando algo más que un electrón.
Lo Que Faltaba
La historia es más compleja, como suele pasar en física, porque realmente todavía no se había descubierto la existencia del neutrón siquiera, aunque lo cierto es que ese neutrón (una partícula con masa pero sin carga) era demasiado pesado como para que funcionara en la explicación de la radiación Beta. El 4 de diciembre de 1930, Wolfgang Pauli manda una carta a varios físicos en la que explica que, desesperado por no encontrar otra solución al misterio de esa radiación, sugiere "la posibilidad de que pudieran existir en el núcleo partículas eléctricamente neutras" que se emitirían a la vez que el electrón. Con ello se aseguraría la conservación de la energía y el momento.
El problema, claro, era que dichas partículas no existían. ¿Jugaba la física entonces a crear seres inexistentes? El átomo, en la imagen de la época, constaba de una envoltura de electrones y un núcleo pequeño y denso, con casi toda la materia contenida en una diezmilésima parte del volumen atómico. En ese núcleo había partículas positivas, los protones, y neutras, los neutrones. Pero, además, se producían esas partículas sorprendentes de Pauli, cuando un neutrón se convertía en un protón. Enrico Fermi, físico italiano que estudió en detalle estos procesos, las denominó "neutrinos", porque tenían que ser menos pesadas que los neutrones, pero igualmente sin carga eléctrica.
No sólo eso: Fermi desarrolla la primera teoría de lo que se llamará "interacción débil", una de las fuerzas que conforma el Universo. Hay además una simetría entre partículas y antipartículas: objetos similares, pero con carga eléctrica y otras propiedades invertidas. La materia, que se había hecho discontinua en el XIX con la teoría atómica, se fragmentaba aún más. Incluso el núcleo era sede de procesos en los que fuerzas antes desconocidas creaban y destruían partículas. La pregunta empezaba a ser acuciante: se empezaba a disponer de una teoría física para dar cuenta de esa discontinuidad de la materia y la energía pero, ¿se podrían llegar a observar esas nuevas partículas?
No fue hasta 1956, tras un cuarto de siglo de búsqueda, cuando se encontraron los neutrinos. Para entonces la física nuclear ha progresado mucho, y va conduciendo a toda una nueva serie de teorías sobre la materia. Usando la radiación que escapa de un reactor nuclear experimental, se consigue detectar al evasivo neutrino. Clyde Cowan y Fred Reines usan como detector un tanque de agua y cloruro de cadmio.
Posteriormente se detectaron mejor y más eficientemente los neutrinos: no sólo los que se producen en los reactores nucleares sino los mucho más abundantes que vienen desde el núcleo del Sol, el más gigantesco reactor termonuclear de fusión que tenemos cerca de nosotros. Como se comentaba en este mismo suplemento Territorios el pasado 9 de diciembre, para observar los neutrinos se están empleando telescopios que usan tanques de líquidos densos protegidos por kilómetros de roca en el interior de las montañas (como el Mont Blanc) o en minas de sal, o bien empleando el mismo mar (como el caso del proyecto europeo Antares).
En Una Mina Japonesa
Uno de los detectores en funcionamiento desde hace más de 20 años, en el centro japonés de la mina de Kamioka Mozumi es un tanque de 50.000 toneladas de líquido, el denominado Super-Kamiokande. Recientemente se han publicado nuevos resultados de los experimentos que allí se realizan, donde se detectan las interacciones de neutrinos contra los átomos del tanque. En 1998, los primeros resultados de este experimento mostraron que los neutrinos, las partículas más abundantes del Universo, podían además cambiar de estado, una especie de oscilación mientras viajan por el espacio. Los nuevos datos confirman esta idea que, además, explica por qué en los experimentos que se han venido haciendo durante los últimos cuarenta años siempre se detectaban menos neutrinos provenientes del Sol de los que teóricamente parecían producirse. Aunque estamos siendo continuamente atravesados por miles de millones de neutrinos solares, muy pocos son los que chocan contra la materia, y sólo son algunos de ellos los que pueden interactuar.
Lo que pasa es que todo esto complica las cosas. Igual que al estudiar la radiación Beta hace casi un siglo el neutrino apareció para explicar un misterio, ahora el misterio de los dos tipos de neutrinos, o de la oscilación entre los tipos conocidos, implica también una contradicción con los modelos estándar de la física. Por un lado, esto implica que los neutrinos han de tener masa, algo que parecía deducirse de experimentos anteriores: y aunque sean muy poco "pesados", esto supone, en conjunto, un buen aporte de materia a todo el Universo. La otra implicación es que estas oscilaciones no están bien descritas por la teoría. Los físicos están a la espera de seguir analizando las escasísimas colisiones de un neutrino contra la materia, para poder comprender en el fondo qué está pasado.
2004-07-28
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A La Caza Del Neutrino
2004-07-28
Publicado en EL CORREO, Territorios, Ciencia-Futuro, miércoles 28 de julio de 2004
Sin carga, sin apenas masa (aunque tras 70 años seguimos sin saber cuánto pesa), capaz de atravesar la Tierra entera sin chocar contra nada, el neutrino sigue trayendo de cabeza a los físicos...
Fue uno de los primeros inventos de la nueva física que nacía en los años 20: invento en el sentido estricto porque el físico Wolfgang Pauli lo creó para resolver un problema que se daba en las ecuaciones que describían la desintegración radiactiva. La historia, o el misterio, había nacido unos años antes, en 1896, cuando Henri Becquerel primero y luego Pierre y Marie Curie descubrieron que algunas sales de uranio eran capaces de emitir una radiación extraña, energética, capaz de impresionar placas fotográficas aunque no era luz. El inglés Rutherford identificó tres años después dos tipos diferentes de radiación, y las llamó Alfa y Beta. Se trataban, por la forma en que se emitían, de partículas con carga eléctrica (un campo magnético era capaz de desviar su trayectoria). Los Curie se dieron cuenta de que la radiación Beta no era sino electrones, que escapaban de los núcleos radiactivos. Las partículas Alfa, sin embargo, eran núcleos de Helio. En 1900, otro físico, Villard, describió un tercer tipo de radiación, la Gamma, emitida por los núcleos del elemento Radio, que era luz altamente energética.
El descubrimiento de la radiactividad se sumaba a una serie de fenómenos que la física estaba encontrando a finales del XIX para los que las teorías clásicas no tenían explicación. Es normal que en los laboratorios se creara una verdadera conmoción, intentando comprender qué sucedía y, sobre todo, cómo podía explicarse. En el caso de la radiactividad, la experimentación fue mostrando que no había teoría posible, en el marco de la física clásica, que pudiera dar cuenta de lo que estaba pasando.
Y de ahí nacieron los neutrinos. En 1914 se comprueba que los electrones de la radiación Beta salen en un rango continuo de energías. Sin embargo, los físicos tienen claro que esos electrones se producen en una extraña reacción que convierte a un neutrón (una de las partículas que componen el núcleo atómico y dan realmente su "peso" a la materia) en un protón (la otra partícula nuclear). Según las leyes de conservación de la física, la conservación de la energía y del momento, esos electrones que escapan del núcleo deberían tener una energía determinada (diferentes velocidades fijas, según las características del núcleo que los produce). Pero no era así. O bien las leyes de conservación fallaban o se estaba escapando algo más que un electrón.
Lo Que Faltaba
La historia es más compleja, como suele pasar en física, porque realmente todavía no se había descubierto la existencia del neutrón siquiera, aunque lo cierto es que ese neutrón (una partícula con masa pero sin carga) era demasiado pesado como para que funcionara en la explicación de la radiación Beta. El 4 de diciembre de 1930, Wolfgang Pauli manda una carta a varios físicos en la que explica que, desesperado por no encontrar otra solución al misterio de esa radiación, sugiere "la posibilidad de que pudieran existir en el núcleo partículas eléctricamente neutras" que se emitirían a la vez que el electrón. Con ello se aseguraría la conservación de la energía y el momento.
El problema, claro, era que dichas partículas no existían. ¿Jugaba la física entonces a crear seres inexistentes? El átomo, en la imagen de la época, constaba de una envoltura de electrones y un núcleo pequeño y denso, con casi toda la materia contenida en una diezmilésima parte del volumen atómico. En ese núcleo había partículas positivas, los protones, y neutras, los neutrones. Pero, además, se producían esas partículas sorprendentes de Pauli, cuando un neutrón se convertía en un protón. Enrico Fermi, físico italiano que estudió en detalle estos procesos, las denominó "neutrinos", porque tenían que ser menos pesadas que los neutrones, pero igualmente sin carga eléctrica.
No sólo eso: Fermi desarrolla la primera teoría de lo que se llamará "interacción débil", una de las fuerzas que conforma el Universo. Hay además una simetría entre partículas y antipartículas: objetos similares, pero con carga eléctrica y otras propiedades invertidas. La materia, que se había hecho discontinua en el XIX con la teoría atómica, se fragmentaba aún más. Incluso el núcleo era sede de procesos en los que fuerzas antes desconocidas creaban y destruían partículas. La pregunta empezaba a ser acuciante: se empezaba a disponer de una teoría física para dar cuenta de esa discontinuidad de la materia y la energía pero, ¿se podrían llegar a observar esas nuevas partículas?
No fue hasta 1956, tras un cuarto de siglo de búsqueda, cuando se encontraron los neutrinos. Para entonces la física nuclear ha progresado mucho, y va conduciendo a toda una nueva serie de teorías sobre la materia. Usando la radiación que escapa de un reactor nuclear experimental, se consigue detectar al evasivo neutrino. Clyde Cowan y Fred Reines usan como detector un tanque de agua y cloruro de cadmio.
Posteriormente se detectaron mejor y más eficientemente los neutrinos: no sólo los que se producen en los reactores nucleares sino los mucho más abundantes que vienen desde el núcleo del Sol, el más gigantesco reactor termonuclear de fusión que tenemos cerca de nosotros. Como se comentaba en este mismo suplemento Territorios el pasado 9 de diciembre, para observar los neutrinos se están empleando telescopios que usan tanques de líquidos densos protegidos por kilómetros de roca en el interior de las montañas (como el Mont Blanc) o en minas de sal, o bien empleando el mismo mar (como el caso del proyecto europeo Antares).
En Una Mina Japonesa
Uno de los detectores en funcionamiento desde hace más de 20 años, en el centro japonés de la mina de Kamioka Mozumi es un tanque de 50.000 toneladas de líquido, el denominado Super-Kamiokande. Recientemente se han publicado nuevos resultados de los experimentos que allí se realizan, donde se detectan las interacciones de neutrinos contra los átomos del tanque. En 1998, los primeros resultados de este experimento mostraron que los neutrinos, las partículas más abundantes del Universo, podían además cambiar de estado, una especie de oscilación mientras viajan por el espacio. Los nuevos datos confirman esta idea que, además, explica por qué en los experimentos que se han venido haciendo durante los últimos cuarenta años siempre se detectaban menos neutrinos provenientes del Sol de los que teóricamente parecían producirse. Aunque estamos siendo continuamente atravesados por miles de millones de neutrinos solares, muy pocos son los que chocan contra la materia, y sólo son algunos de ellos los que pueden interactuar.
Lo que pasa es que todo esto complica las cosas. Igual que al estudiar la radiación Beta hace casi un siglo el neutrino apareció para explicar un misterio, ahora el misterio de los dos tipos de neutrinos, o de la oscilación entre los tipos conocidos, implica también una contradicción con los modelos estándar de la física. Por un lado, esto implica que los neutrinos han de tener masa, algo que parecía deducirse de experimentos anteriores: y aunque sean muy poco "pesados", esto supone, en conjunto, un buen aporte de materia a todo el Universo. La otra implicación es que estas oscilaciones no están bien descritas por la teoría. Los físicos están a la espera de seguir analizando las escasísimas colisiones de un neutrino contra la materia, para poder comprender en el fondo qué está pasado.
2004-07-28 01:00 Enlace
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