25 Nov ¡Rayos neutrónicos! El Premio Nobel de Física 2015.

Recuerdo cuando de niña veía las caricaturas por las tardes. Sólo tenía permiso para ver una hora la televisión antes de salir a jugar y andar en bici por la colonia. Mis caricaturas favoritas eran la Pantera Rosa y Mazinger Z y cada episodio tenía 30 minutos de duración ¡que suerte! En ese entonces, cuando escuchaba que el gran robot operado por Koyi Kabuto lanzaba rayos fotónicos para acabar con sus enemigos me parecía que era magia pura. Hoy me hace mucha gracia saber que los rayos fotónicos existen y que son los fotones las partículas elementales con masa igual a cero las encargadas de mediar la fuerza electromagnética.

Hasta el momento, para la Física existen cuatro interacciones fundamentales en la naturaleza: la fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte. Cada una de estas interacciones tienen sus partículas elementales que median las fuerzas. Por ejemplo, el gravitón es la partícula (hasta ahora solamente teórica) que media la fuerza gravitacional; para la fuerza débil están los bosones W y Z; para la fuerza fuerte los gluones mantienen a los quarks confinados en partículas subatómicas como los protones y por lo tanto de generar materia bariónica. ¡Pero qué trabalenguas!

El universo está conformado por 61 partículas elementales algunas de ellas interactúan entre sí dando lugar a lo que vemos, a lo que somos, que es conocido como materia bariónica, es decir, que es observable. Sin embargo,  se infiere la existencia de la materia oscura y de la energía oscura a través de mediciones y de que su interacción con la fuerza electromagnética, débil y fuerte, es casi nula y por lo tanto no es posible observarla. El modelo estándar es una famosa teoría de la Física que ha permitido conocer, clasificar, predecir y explicar algunas de las características de las partículas que conforman a estas tres interacciones fundamentales de la naturaleza. Hasta en la famosa serie Big Bang Theory ha habido menciones a este tema. Es aquí donde nos detendremos para darle cabida al Premio Nobel de este año. Los ganadores fueron el físico japonés Takaaki Kajita y el físico canadiense Arthur McDonald.

Takaaki Kajita tiene ahora 56 años y desde 1999 es director del Centro de Investigación para los Neutrinos Cósmicos en Japón; donde se encuentra el experimento llamado Super-Kamiokande, que consiste en un tanque con aproximadamente 50,000 metros cúbicos de agua ultra pura enterrado a 1000 metros de profundidad debajo del monte Ikenoyama. El experimento está diseñado para investigar: el decaimiento de protones; los neutrinos solares; los neutrinos atmosféricos; y los producidos por la explosión de supernovas en la Vía Láctea.

Arthur McDonald es director del Observatorio de Neutrinos de Sudbury en Ontario Canadá y cuenta con 72 años. Este Observatorio tiene un experimento que consiste en una gran cavidad a 2 kilómetros de profundidad, debajo de la mina de Creighton, donde se encuentra un contenedor de 7000 toneladas de agua ultra pura rodeando a otro recipiente transparente de 1000 toneladas de agua pesada ultra pura. Este último recipiente está rodeado de un domo geodésico de 17 metros equipado con 9600 detectores que sienten la presencia de neutrinos con una frecuencia de solamente 1 cada hora.

Ambos experimentos persiguen el mismo objetivo: detectar neutrinos.

Los neutrinos son partículas elementales pertenecientes a la familia de los leptones. Debido a que son eléctricamente neutros no interactúan electromagnéticamente. Su masa es tan pequeña comparada con la de otras partículas subatómicas y la interacción que tienen con la fuerza débil y fuerte actúa en un rango subatómico tan pequeño que prácticamente pasan desapercibidos por la materia, es decir, son casi invisibles. Tan es así que es muy probable que en toda nuestra vida solamente uno o dos neutrinos interactúen con nosotros. Los neutrinos se producen en reacciones nucleares, y se sabe que hay tres tipos llamados sabores: el neutrino electrónico, el muónico y el tauónico; cada uno de ellos tiene a su vez su antipartícula llamada antineutrino con tres sabores también. La mayoría de los neutrinos que llegan a la Tierra fueron producidos en la reacciones nucleares del Sol donde se producen alrededor de 200 trillones de trillones de trillones de neutrinos cada segundo.

Tanto Kajita como McDonald obtuvieron el Nobel porque fue gracias a ellos y sus experimentos que logró confirmarse la teoría de que los neutrinos cambian de sabor cuando están en vuelo, es decir, teóricamente se sabe que en un proceso nuclear solar se deberían de emitir cierto número de neutrinos de determinado sabor pero los experimentos detectan un número menor de esos neutrinos. La respuesta es que en su viaje del Sol a la Tierra estos neutrinos oscilan entre sabores lo cual requiere que los neutrinos tengan masa diferente de cero. Esta conclusión no fue trivial y además ha generado mucho debate, ya que en el 2011 el experimento OPERA decía que los neutrinos viajaban a velocidades superlumínicas violando los principios de la Relatividad General de Einstein. Esto fue refutado en el 2012 por 4 experimentos llevados a cabo en CERN.

El esfuerzo, tanto económico como humano, que se hace para que experimentos como el de Sudbury o el Super-K se lleven a cabo es muy grande, es gracias a este tipo de inversión en la investigación básica que es posible que haya desarrollo, empleo, beneficios sociales que se traducen como bienestar para la población. La investigación básica es fundamental para que se desarrolle tecnología y por lo tanto exista la posibilidad de que un país no dependa exclusivamente de sus recursos naturales para proveer a la población de una mejor calidad de vida. Me parece que en México se han hecho esfuerzos porque el número de investigadores en ciencia básica se incremente, sin embargo estamos aun lejos de decir que es una prioridad.