Las partículas "fantasma" tienen una masa tan débil que todavía no
se ha podido medir
JEAN-FRANÇOIS AUGEREAU (
22-12-99)
Pero esta profusión de medios tiene sus límites. "Si bien es posible
observar objetos muy lejanos en el ámbito óptico, es imposible, por el
contrario, estudiar las radiaciones gamma tan potentes que emiten, porque
para ellas el universo es opaco", explica François Montanet, del Centro de
Física de Partículas de Marsella. La única posibilidad, "recurrir a otras
herramientas. En concreto, hacia la más singular de ellas, el neutrino".
Estas partículas, de las que existen tres especies (neutrino del electrón,
neutrino del muón y neutrino del tau) establecidas con seguridad en 1989
por el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN, junto a
Ginebra), tienen tales propiedades que las hacen depositarias de muchos
secretos.
Débil masa
Partículas fantasmas, los neutrinos escapan fácilmente a la
observación. Para empezar, no tienen masa, o más bien, una masa tan débil
que todavía no se ha podido medir. Además, son neutros, y, por tanto,
insensibles a los campos electromagnéticos. De hecho, interactúan poco con
la materia (de 100 billones de neutrinos que atraviesan la Tierra de parte
a parte, sólo uno se podrá parar). Y, por último, su número en el universo
es tan grande -varios miles de millones por cada protón- que su papel no
puede ser desdeñado.
Por lo que se refiere a sus propiedades, los neutrinos son depositarios
de información sobre el funcionamiento interno de los astros. Pero
perseguirlos no está al alcance de la mano del último recién llegado. Al
día de hoy, no se han observado verdaderamente más que algunos tipos de
neutrinos. Para empezar, los terrestres, surgidos de la desintegración
radiactiva de ciertos elementos como el uranio; después, los producidos
por las reacciones termonucleares del Sol.
Alta energía
Aparte de estos neutrinos solares y terrestres, los físicos y los
astrónomos se interesan cada vez más por los neutrinos de muy alta
energía. Los que surgen directamente de los procesos más violentos del
universo y de los que esperan extraer información para comprender mejor
fenómenos a los que hoy no se tiene acceso: agujeros negros, explosiones
de estrellas, núcleos activos de galaxias, aniquilación de objetos macizos
o estructuras imaginadas por los teóricos pero aún no observadas, como los
monopolos o las supercuerdas.
Por eso se desarrolla hoy día la astronomía de los neutrinos, que,
gracias a telescopios apropiados, permitirán explorar el cielo en
profundidad y sondear los modelos físicos inaccesibles en energía a los
mayores aceleradores de partículas. Son estas partículas las que, de
manera indirecta, nos podrían permitir remontarnos al origen de ciertas
oleadas de rayos cósmicos de una energía increíble que se observan en la
Tierra, pero que han perdido su dirección original en los campos
magnéticos intergalácticos.
A partir de ahí, la observación de estos neutrinos permitiría
remontarse al origen de los acontecimientos que los crearon. Es la razón
por la que se construyen actualmente dos observatorios en este ámbito de
las energías muy altas: el estadounidense Amanda, en los hielos de la
Antártida y en el que participan suecos, belgas y alemanes, y el europeo
Antares, sumergido en las aguas del Mediterráneo [ver EL PAÍS, Futuro, 17
de noviembre de 1999].
Los físicos europeos estrenan un
telescopio submarino de neutrinos de alta energía en el Mediterráneo
mientras los estadounidenses siguen montando el suyo en la Antártida; el
Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) acaba de aprobar el
desarrollo de un nuevo experimento para comprobar que estas partículas
fantasmagóricas tienen masa y cazar un tipo de ellas nunca detectado;
japoneses y norteamericanos van algo adelantados en este mismo empeño. Los
neutrinos, mensajeros del universo remoto cargados de información acerca
de los fenómenos más violentos y partículas clave del microcosmos, tienen
en vilo a físicos, astrónomos y cosmólogos.
Para observar el universo, astrónomos, físicos y cosmólogos
recurren a las partículas de luz que son los fotones. Luz visible, luz
infrarroja, luz ultravioleta, ondas radio, rayos gamma, rayos X: todo este
espectro está a disposición de los investigadores para obtener información
sobre las nubes de gas, las estrellas, las galaxias, los objetos más
extraños y los fenómenos de los que son sede.
Imaginado en 1930 por Wolfgang
Pauli, que lo calificaba de "solución desesperada" para sostener sus
trabajos teóricos, el neutrino fue utilizado con éxito por Enrico Fermi
para explicar una de las cuatro grandes fuerzas del universo, la
interacción débil. Pero sólo en 1953, Frederick Reines (premio Nobel de
Física en 1995) y Clyde Cowan pudieron aportar la prueba de su existencia.
De Ginebra a los Apeninos en 2,5
milisegundos
ALICIA RIVERA , Madrid
La singular propiedad de los neutrinos de mutar entre los tres tipos de
ellos al recorrer largas distancias, está en la base de este proyecto.
Esas mutaciones, u oscilaciones, indican que, en contra de lo que se ha
pensado hasta hace poco, los neutrinos tienen masa.
Instalaciones similares a la europea, y con el mismo objetivo, están ya
en marcha o en desarrollo en Japón y en EEUU. El CERN enviará dentro de
cinco años un haz de neutrinos en pulsos a los detectores subterráneos
Opera e Icanoe que estarán instalados en el laboratorio del INFN en Gran
Sasso. Los neutrinos viajarán en línea recta, ignorando la curvatura de la
superficie terrestre, dado que atraviesan limpiamente la roca. El coste
del experimento asciende a 7.100 millones de pesetas, más los equipos del
CERN. Además de las contribuciones de los países del CERN, hacen
aportaciones voluntarias Bélgica, Francia, Alemania y España. En concreto
España contribuye con 400 millones de pesetas por decisión de la Oficina
de Ciencia y Tecnología (OCYT). Se da la circunstancia de que no hay
científicos españoles en este campo concreto de investigación de
neutrinos, y la participación en el experimento responde a intereses de
estrategia de la OCYT en tanto que delegación española en el Consejo del
CERN.
En tan sólo 2,5 milisegundos recorrerán los
neutrinos que salgan de Ginebra los 730 kilómetros de distancia hasta Gran
Sasso, en los Apeninos. Semejante carrera a la velocidad de la luz será un
experimento del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) y el
Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) italiano, diseñado para
comprobar que los neutrinos, partículas elementales que apenas interactúan
con la materia, tienen masa. Es más, el experimento, aprobado la semana
pasada por el CERN, está diseñado para intentar cazar uno de los tres
tipos de neutrinos, el del tau, cuya existencia se da por segura pero que
nunca ha sido detectado.
Bajo la protección de los hielos y
de las aguas
J-F.A
Pero los detectores, sumergidos en agua, son tan sensibles que hay que
protegerlos de los rayos cósmicos que bombardean la Tierra, de ahí que se
busquen lugares con un blindaje eficaz. Los primeros experimentos se
pusieron en túneles y en minas profundas. Una solución que no se puede
retomar para los neutrinos de muy alta energía por el coste que supondría.
La solución es recurrir al medio natural: lagos, hielos, los fondos
marinos.
Los estadounidenses han excavado agujeros de dos kilómetros de
profundidad en el hielo antártico para realizar su experimento Amanda. Los
europeos, aunque consideran que Amanda dispone de dos o tres años de
adelanto, creen que su proyecto Antares tiene algunas ventajas, en
especial la de estar mejor situado para observar el centro de la galaxia.
Antares fue ideado por investigadores del Centro de Física de Partículas
de Marsella y el Dapnia (CEA, Saclay) y participan en él equipos del Reino
Unido, España (Valencia), Holanda y Rusia. Este mes se ha tendido la
primera línea de detección de Antares en el Mediterráneo, frente a la
costa meridional francesa.
Observar neutrinos es casi
una proeza. Aunque son muy numerosos, son pocos los que interactúan con la
materia. La única solución para los investigadores es hacer detectores muy
grandes. ¿Cómo se persigue a estas partículas fantasma? "Cuando un
neutrino golpea a un átomo, este último explota a consecuencia del
choque", explica François Montanet, del Centro de Física de Partículas de
Marsella. "El neutrino se transforma entonces en uno de sus primos, el
muón". Y en el agua, estos muones tienen una velocidad superior a la de la
luz, lo que hace que se produzca en este medio una especie de
estallido luminoso que se puede ver.