El Sol, en la imagen, es una enorme central nuclear que produce neutrinos capaces de llegar a la Tierra
El Sol, en la imagen, es una enorme central nuclear que produce neutrinos capaces de llegar a la Tierra - NASA/ESA

Los neutrinos, las partículas que pudieron acabar con el lado oscuro de la materia

El premio Nobel de Física de 2015 premia unos trabajos que revolucionaron la física del Universo y al mismo tiempo de las partículas más pequeñas. Pero, ¿qué son esos neutrinos?

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La Fundación Nobel ha concedido hoy el premio Nobel de Física a Takaaki Kajita (Japón) y a Arthur B. McDonald (Canadá) por sus investigaciones en el campo de los neutrinos, unas partículas que apenas interaccionan con la materia convencional de la que están constituidos los objetos y los seres vivos, pero que podrían tener un importante papel en la comprensión de la historia del universo y en el funcionamiento de las partes más pequeñas de los átomos.

Tal como ha afirmado la propia Fundación Nobel, que entrega los premios cada año, «para la física de partículas es un descubrimiento histórico», puesto que «ha demostrado que el modelo estándar (una teoría básica que describe las relaciones entre las interacciones físicas conocidas y las partículas elementales que componen toda la materia) no puede ser la teoría completa de los constituyentes fundamentales del Universo». Sin embargo, varios físicos coinciden en que, en realidad, el reconocimiento no premia un descubrimiento puntual, sino una investigación que comenzó en la década de los sesenta y que revolucionó la teoría hace diez años.

«Estos premios se hacen eco de uno de los descubrimientos más importantes de las últimas décadas. Y este no es otro que la demostración de que los neutrinos oscilan, lo que demuestra que tienen masa», explica Juan José Gómez Cadenas, investigador del Instituto de Física Corpuscular del CSIC y experto en neutrinos, a través de una conversación telefónica.

«Los modelos físisicos predecían que los neutrinos no tenían masa. Serían como la "basurita" última de la naturaleza y por eso tendrían un rol muy humilde. Pero al confirmarse que tienen masa, de repente adquieren propiedades muy misteriosas. Podrían ser su propia antipartícula. Podría ser que el neutrino fuera el agente que causó el pequeño exceso de materia en el Universo primario. Este exceso podría haber sido el disparador inicial que permitió que ocurriera un evento clave: el dominio de la materia sobre la antimateria».

Antimateria: «el lado oscuro» de la materia

¿En qué consiste este dominio? Justo después del Big Bang, la antimateria y la materia, que se diferenciaban solo en que tenían cargas opuestas, colisionaban y se aniquilaban liberando grandes cantidades de energía, cosa que hoy en día puede reproducirse a pequeña escala en aceleradores de partículas como el CERN. Pero, a partir de un momento dado y por un motivo no del todo claro, los físicos creen que esa energía comenzó a «condensarse» en forma de materia gracias a que el equilibrio entre estos antagonistas se descompensó, y se inclinó del lado de la materia. Por todo ello, en definitiva, Gómez Cadenas considera que «los neutrinos podrían ser la razón por la que ahora estamos hablando».

¿De dónde vienen los neutrinos?

Durante muchos años, los investigadores estudiaron las partículas más escurridizas del catálogo de la física. Apenas interaccionan con la materia convencional, así que son capaces de atravesar la Tierra y todo lo que haya en ella con total impunidad. Además, lo hacen a una velocidad próxima a la de la luz y en una cantidad ingente: se calcula que pasan del orden de 100.000 millones de neutrinos por la uña de un pulgar en tan solo un segundo.

Además de escurridizas, detectarlas requiere usar sensores muy refinados y evitar las interferencias que causan otros fenómenos naturales. Así que los científicos deben acudir a las profundidades de las minas o a potentes observatorios, como el detector Super-Kamiokande, en Japón, o el Observatorio de Neutrinos de Sudbury, en Canadá, situados en las profundidades.

A pesar de todas estas dificultades, los investigadores pudieron esclarecer el origen de estas partículas, y descubrieron que procedían del Sol y las estrellas, y que también se producían en las capas altas de la atmósfera, donde los rayos cósmicos de alta energía procedentes del espacio interaccionan con ella y provocan reacciones nucleares.

Una anomalía desconcertante

Así las cosas, durante muchos años hubo una «anomalía», porque había una discrepancia entre los neutrinos que se detectaban y los que el modelo predecía que debían detectarse. «Durante mucho tiempo se pensó que había fallos en estas predicciones y/o en los propios experimentos que detectaban la cantidad de neutrinos. Pero gracias a los trabajos premiados hoy, se descubrió por qué ocurría. Y es que en su camino del Sol a la Tierra, los neutrinos oscilan, unos se convierten en otros, como si un viajero saliera llamándose Juan y llegara llamándose Pepe», explica Gómez Cadenas.

Y así, una partícula que pasa sin pena ni gloria por nuestro día a día, de forma literal, revolucionó la física teórica. Héctor Socas, experto en física solar en el Instituto de Astrofísica de Canarias, pone un ejemplo de la importancia que tuvo este hallazgo: «Hasta estos descubrimientos, la física estelar estaba en duda a causa de esta anomalía en los neutrinos. No sabíamos si nuestros modelos estaban mal». Hoy en día, ese gran reactor que es el Sol sigue produciendo enormes cantidades de energía. Los fotones que libera tardan hasta un millón de años en abandonar sus entrañas. Sin embargo, los neutrinos, esas partículas escurridizas que apenas interaccionan con la materia «normal», resbalan por su interior y tardan un poco más de ocho minutos en llegar a la Tierra.

Tres preguntas a un físico de partículas