Cazando fantasmas

Prácticamente no interaccionan con nada. Si llenáramos el espacio exterior con agua podrían atravesar, en promedio, una distancia aproximada de 7 años luz sin interaccionar con los protones y neutrones del agua. Esta situación representa un problema ya que para cazarlos se requiere que interaccionen con nuestras trampas.

ghostbusters-2-1-1024Bueno, en realidad no son fantasmas. A diferencia de éstos nuestros protagonistas si existen y – aunque difícil – hemos podido detectarlos y estudiarlos. Se les conoce como neutrinos y el primero fue descubierto en 1956. Desde entonces hemos descubierto que existen tres tipos distintos y de que, contrario a lo que se creía en un principio, tienen masa. Pequeña, pero tienen.

Algo muy interesante de los neutrinos es que a pesar de ser difíciles de detectar son las partículas más abundantes en el universo. Las estrellas funcionan gracias a la fusión nuclear que consiste en la unión de dos átomos en otro más pesado y energía. Esa energía se manifiesta en forma de fotones (luz) y neutrinos. Para darnos una idea del número de neutrinos producidos en una estrella les pido que observen la uña de uno de sus dedos, el que sea, no importa. Bien, pues cada segundo atraviesan su uña alrededor de cien mil millones de neutrinos producidos por el Sol.

¿Y entonces cómo los detectamos? Como dijimos antes, en promedio los neutrinos atraviesan todo sin interaccionar. En promedio significa que unos atraviesan más, otros menos, pero que la mayoría atraviesan alrededor de los 7 años luz. Obviamente para detectarlos necesitamos que al menos algunos de ellos interaccionen en una distancia mucho menor a 7 años luz. De hecho, si queremos detectar neutrinos que se produjeron en el Sol, necesitamos que interaccionen dentro de unos 8 minutos luz, es decir, dentro de la distancia entre el Sol y la Tierra. Peor, como no podemos llenar de agua el espacio entre el Sol y la Tierra, en realidad lo que necesitamos es que los neutrinos interaccionen dentro de algún recipiente con agua que podamos fabricar. Lo único que nos puede salvar y hacer posible la detección es precisamente el hecho de que el Sol produce una cantidad enorme de neutrinos. La mayoría – la gran mayoría – atravesará la Tierra y los detectores que construyamos sin dejar ningún rastro, pero es posible que algunos pocos si logren interaccionar y que seamos capaces de registrar esa interacción. ¡Es una locura!

La interacción: Lo que esperamos es que uno de ellos colisione con un protón del agua. Esta colisión hará que el intercambio de energía genere la creación de otras partículas. Una de ellas será un positrón, que debido a la gran cantidad de energía intercambiada se moverá con una rapidez superior a la de la luz en el agua (nada viaja más rápido que la luz en el vacío, pero la luz viaja más despacio en el agua, así que es posible que un positrón viaje más rápido que la luz en el agua) y ésto generará un tenue destello de luz muy específico que se puede buscar y registrar.

neutrino_detector_super_kamiokandeDetector: Necesitamos un tanque de agua lo más grande posible. Este tanque de agua deberá tener en sus paredes algo que sirva como receptor de luz para poder detectar los destellos generados por los rápidos positrones. Además, para estar seguros de que lo que le pegó a los protones del agua fueron los neutrinos y no alguna otra partícula metiche que anduviera viajando por ahí, necesitamos poner el tanque en el interior de una mina o una montaña para que la roca absorba cualquier otra partícula impostora. ¡Así se cazan los neutrinos!

¿De dónde vienen los neutrinos? Los neutrinos son producidos en cualquier tipo de reacción nuclear. Nosotros emitimos positrones y neutrinos a cada rato, debido al potasio inestable que tenemos en nuestro cuerpo. La Tierra produce radiación en su interior (eso es lo que calienta el material que sale del volcán) y por lo tanto emite neutrinos. Sin embargo para poder detectarlos necesitamos que se produzcan en cantidades inmensas. Hay tres fuentes principales que utilizamos. Una: el Sol. Otra es la atmósfera. En este caso son los rayos cósmicos (principalmente protones) que vienen del espacio exterior y colisionan con los gases de la atmósfera generando cantidades importantes de neutrinos. NeutrinosFinalmente la tercera fuente son los reactores nucleares construidos por nosotros mismos. Otra fuente interesante son las supernovas, estrellas que mueren en una gran explosión liberando cantidades inmensas de neutrinos. El problema con éstas es que necesitamos esperar a que estalle una para poder recibirlos, no representan una fuente constante de neutrinos (por eso no la cuento como parte de las 3 principales).

Un comentario final: el Sol produce fotones (la luz que nos llega y es responsable de la fotosíntesis y tu vida) y neutrinos. Un fotón producido en el interior del Sol colisiona con los protones y neutrones presentes en el medio solar y tarda en salir y llegar a nosotros alrededor de un millón de años. Los neutrinos no interaccionan y salen inmediatamente. Entonces, para poder ver el interior del Sol como es ahora, necesitamos ver los neutrinos, no la luz. Para ver el interior del Sol tenemos que ir a un tanque de agua situado en el interior de una mina a buscar un pequeño destello de luz producida por un positrón que a su vez fue producido por un neutrino solar. Maravilloso.

¿Y de qué sirve todo esto? ¿ideas?

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