Nobel de Física

El Nobel de Física premia la investigación sobre las “partículas fantasma”

El Nobel de Física de 2015 galardona a T. Kajita y A. B. McDonald por descubrir las oscilaciones de los neutrinos, que determinaron la masa de las conocidas como "partículas fantasma".

En los años treinta, la investigación en física se encontraba en una encrucijada. Para explicar uno de los procesos que ocurren durante la desintegración radiactiva (en particular, sobre el conocido como decaimiento beta), la comunidad científica tenía dos opciones: olvidarse de la regla de la conservación de la energía o encontrar una alternativa. Fue Wolfgang Pauli el que propuso inicialmente la existencia de los neutrinos o “partículas fantasma”, que han protagonizado hoy el Premio Nobel de Física de 2015.

Este galardón ha sido concedido a Kajita y McDonalds por sus hallazgos sobre los oscilamientos de los neutrinos, una característica que determina que estas partículas tienen masa. Este descubrimiento, totalmente inesperado para la física, ha sido posible gracias a detectores ultrasensibles que nos permiten «observar indirectamente» los neutrinos. Pero volvamos la vista atrás para comprender la historia de estas partículas elementales.

En diciembre de 1930, el investigador austriaco escribió una carta que comenzaba así: “Queridos caballeros y señoras radiactivos”. El mismo Pauli no veía posible detectar los neutrinos, pues los describió como unas partículas neutras (sin carga), ligeras y que interaccionaban muy débilmente con la materia. Esta tercera característica es, precisamente, la que ha dificultado su observación durante décadas, motivo por el que también han recibido el nombre de “partículas fantasma”.

La misteriosa desaparición de los neutrinos

Poco tiempo después, el italiano Enrico Fermi describió una teoría sobre física de partículas que incluía a los neutrinos, llamados así para diferenciarlos de los neutrones, con características parecidas pero mucho más pesados. Pero con la llegada de los reactores nucleares, la búsqueda de estas partículas fantasma se aceleró, y en junio de 1956, Frederick Reines y Clyde Cowan le enviaron un telegrama a Pauli confirmando que habían podido confirmar la existencia de los neutrinos. Comenzaba así una nueva época en la historia de la física de partículas y de la cosmología para comprender el Universo.

Lo que ha premiado hoy el Nobel de Física de 2015 es la pieza del puzzle que faltaba en la investigación de estas partículas fantasma. A partir de los sesenta, los científicos comenzaron a hacer estimaciones sobre los neutrinos que se generaban en las reacciones nucleares que ocurren en el Sol, cuando el hidrógeno se transforma en helio. Al tratar de medir los neutrinos que llegaban a la Tierra, los investigadores vieron con sorpresa que faltaban dos tercios de la cantidad generada en el Sol. ¿Desaparecían las partículas fantasma?

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Para responder a esta pregunta, se crearon dos observatorios bajo la superficie terrestre. El primero, situado en una mina de zinc a 250 kilómetros de Tokio y a más de mil metros bajo el suelo, era el Super-Kamiokande. Esta instalación, dirigida por Takaaki Kajita, contaba con una piscina de más de 50.000 toneladas de agua pura. Tan pura que era capaz de dejar pasar los haces de luz a una profundidad de setenta metros, cuando en una piscina normal solo es posible que ocurra a unos pocos metros de la superficie. El segundo proyecto era el observatorio de Neutrinos de Sudbury, dirigido por Arthur B. McDonald, con un tanque de mil toneladas de agua pesada.

Las mediciones en ambas instalaciones sirvieron a los investigadores para comprobar que los neutrinos no desaparecían, sino que eran capaz de transformarse en los diferentes subtipos que existen: neutrinos muónicos, electrónicos y de tipo tau. Esta particular metamorfosis en el mundo cuántico se denomina técnicamente como “oscilaciones de los neutrinos”, un trabajo que ha sido galardonado con el Nobel de Física de 2015. Comprobar que existían estas transformaciones también confirmaba que, al contrario de lo que se pensaba, estas partículas presentan masa, contradiciendo el Modelo Estándar de la física de partículas.

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La investigación liderada por McDonald y Kajita ha añadido una pieza más al intrigante puzzle sobre nuestro Universo, abriendo nuevos interrogantes sobre el cosmos. ¿Cuál es la masa de los neutrinos? ¿Por qué son tan ligeros? ¿Son los neutrinos sus propias antipartículas? ¿Por qué son tan distintos en relación a otras partículas elementales? Son preguntas que todavía no tienen respuesta, pero que muestran la importancia de los neutrinos para la ciencia, las partículas fantasma que han protagonizado los Nobel de Física de 2015.

Imágenes | NASA (Wikimedia), Roy Kaltschmidt (Wikimedia)

 

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