Los neutrinos son quizás las partículas más subestimadas conocidas por la humanidad. El físico, el tipo inteligente y el aleck inteligente Wolfgang Pauli propusieron por primera vez su existencia en 1930 como una pieza faltante del rompecabezas: ciertas reacciones nucleares entraban más de lo que salían. Pauli razonó que algo pequeño e invisible tenía que estar involucrado, por lo tanto, el neutrino, que en italiano significa "pequeño neutral".
En las décadas posteriores a esa propuesta inicial, hemos llegado a conocer y amar, pero no entender completamente, a esos pequeños muchachos neutrales. Tienen un poco de masa, pero no estamos seguros de cuánto. Y pueden transformarse de un tipo de neutrino (llamado "sabor", porque ¿por qué no?) A otro, pero no estamos seguros de cómo.
Cuando los físicos no entienden algo, se emocionan mucho, porque, por definición, la respuesta al acertijo debe estar fuera de la física conocida. Entonces, el misterio de la masa y mezcla de neutrinos puede darnos pistas sobre misterios como los primeros momentos del Big Bang.
Un pequeño problema: la pequeñez. Los neutrinos son pequeños y casi nunca hablan de la materia normal. Trillones tras trillones están pasando por tu cuerpo ahora mismo. ¿Los notas? No, tu no. Para profundizar en las propiedades de los neutrinos, tenemos que ir a lo grande, y pronto se lanzarán tres nuevos experimentos con neutrinos para darnos una idea de las cosas. Esperamos.
Vamos a explorar:
DUNA
Es posible que haya escuchado la emoción de una nueva versión de la clásica novela de ciencia ficción "Dune". Esto no lo es. En cambio, este DUNE significa el "Experimento de neutrinos subterráneos profundos", que consta de dos partes. La primera parte será en Fermilab, en Illinois, e incluirá una pistola de neutrinos gigante de mal genio que acelerará los protones hasta cerca de la velocidad de la luz, los aplastará y disparará billones de neutrinos por segundo fuera del negocio.
A partir de ahí, los neutrinos viajarán en línea recta (porque eso es todo lo que saben hacer) hasta que lleguen a la segunda parte, a unas 800 millas (1.300 kilómetros) de distancia en el Centro de Investigación Subterránea de Sanford en Dakota del Sur. ¿Por qué subterráneo? Debido a que los neutrinos viajan en línea recta (nuevamente, no hay otra opción) pero la Tierra está curvada, por lo que el detector tiene que sentarse a una milla (1,6 km) debajo de la superficie. Y ese detector es de aproximadamente 40,000 toneladas (36,000 toneladas métricas) de argón líquido.
Hyper-Kamiokande
El predecesor del futuro Hyper-Kamiokande ("Hyper-K" si quieres ser genial en las fiestas de física) fue el llamado Super-Kamiokande ("Super-K" por las mismas razones), ubicado cerca de Hida Japón Es una configuración bastante sencilla para ambos instrumentos: un tanque gigante de agua ultrapura rodeado de tubos fotomultiplicadores, que amplifican señales de luz muy tenues.
De vez en cuando, un neutrino golpea una molécula de agua, causando que un electrón o un positrón (el compañero antimateria del electrón) se aleje más rápido que la velocidad de la luz en el agua. Esto provoca un destello de luz azulada llamada radiación de Cherenkov, y esa luz es captada por los tubos fotomultiplicadores. Estudie el flash, entienda el neutrino.
Super-K hizo una súper historia en 1998 cuando proporcionó la primera evidencia sólida de que los neutrinos cambian de sabor a medida que vuelan, según las observaciones de los neutrinos producidos en las profundidades infernales del núcleo del sol. El descubrimiento atrapó al físico Takaaki Kajita con un Premio Nobel y Super-K una cariñosa palmada en el tubo fotomultiplicador.
Hyper-K es como Super-K pero más grande. Con una capacidad de 264 millones de galones (mil millones de litros) de agua, tiene 20 veces el volumen de recolección de Super-K, lo que significa que potencialmente puede recolectar 20 veces la cantidad de neutrinos en el mismo tiempo que Super-K puede. Hyper-K buscará neutrinos producidos por reacciones naturales y orgánicas, como la fusión y las supernovas, en todo el universo, a partir de aproximadamente 2025. ¿Quién sabe? También podría darle a alguien el Premio Nobel.
PINGU
No estoy exactamente seguro de por qué los físicos eligen las siglas que hacen para experimentos científicos gigantes. En este caso, Pingu es el nombre de un pingüino animado europeo que tiene varias desventuras y aprende importantes lecciones de vida en el continente sur. También significa "Precision IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
La parte de IceCube de ese acrónimo se refiere al experimento de neutrinos más grande y malo del mundo. Basado en el Polo Sur, el experimento consiste en cadenas de detectores hundidos profundamente en la capa de hielo polar que utilizarán la claridad cristalina de ese hielo para hacer lo mismo que Super- e Hyper-K hacen en Japón: detectar la radiación de Cherenkov producido por neutrinos que zumban a través del hielo. El experimento solo comenzó hace unos años, pero ya los científicos que lo ejecutan están ansiosos por una actualización.
Este es el por qué. IceCube puede ser grande, pero eso no significa que sea el mejor en todas las cosas. Tiene un punto ciego: debido a su enorme tamaño (un kilómetro cúbico entero de hielo), le resulta difícil ver neutrinos de baja energía; simplemente no hacen suficiente pop y fizzle para ser vistos por los detectores de IceCube.
Ingrese a PINGU: un grupo de detectores adicionales, dispuestos cerca del centro de IceCube, diseñados específicamente para atrapar los neutrinos de baja energía que golpean la Tierra.
Cuando (con suerte) se ponga en línea, PINGU se unirá al ejército de instrumentos y detectores de todo el mundo que están tratando de atrapar la mayor cantidad posible de estos pequeños fantasmas y descubrir sus secretos.
