Casi indetectables, con masa prácticamente nula y moviéndose a velocidades cercanas a las de la luz, te presentamos a los neutrinos, las partículas clave en la comprensión del Universo.
Entre otras cosas, la detección de neutrinos permite explorar la materia oscura presente en el Universo, así como monitorizar los procesos energéticos que se están produciendo en el espacio.
De entre todas las partículas que se encuentran en el espacio, formando la inmensidad del Cosmos, existe una en especial, muy esquiva y difícil de detectar, que consigue desafiar las leyes de la física más convencional: el neutrino. Se trata de un tipo de partícula diminuta, de tamaño subatómico, que se ha llevado durante muchos años el protagonismo en los estudios del Universo.
A diferencia de los quarks o los electrones, eléctricamente cargados, los neutrinos cuentan con una carga neutra. Pero, ¿en qué se diferencian de los neutrones entonces? Pues en que, por ejemplo, los neutrinos apenas interactúan con la materia, es decir, son casi invisibles. De hecho, su existencia es tan sutil que miles de millones de ellos atraviesan nuestro cuerpo de forma constante sin dejar nada de rastro. ¿Cómo es posible que esas partículas interactúen seguido con nosotros sin que apenas notemos su presencia?
¿Qué son los neutrinos?
Los neutrinos se identifican como pequeñas partículas de tamaño menor al de un átomo. De hecho, su masa es tan increíblemente pequeña que durante mucho tiempo se pensó que se trataba de partículas sin masa. Esta curiosa característica, sin embargo, les permite poder viajar a velocidades muy altas, cercanas a la de la luz, sin perder apenas energía por el camino.
Además, por si fuera poco, los neutrinos interaccionan con el resto de partículas a través de una fuerza conocida como débil y que constituye una de las cuatro fuerzas fundamentales que rigen el mundo que conocemos (las otras son la fuerza fuerte, la gravitatoria y la electromagnética). Lo más peculiar de ese tipo de interacción es que es, como su propio nombre indica, es muy débil y provoca que los neutrinos apenas interactúen con el resto de las partículas.
Electrón, el gran protagonista en la interacción de la materia.
A diferencia de los protones y de los electrones, los neutrinos no presentan ninguna carga eléctrica, lo que explica que puedan pasar a través de la materia sin ser desviados por los campos eléctricos. A menudo, puede llegar a confundírseles con los quarks, pero hay una serie de elementos que marcan una gran diferencia entre los dos. Por ejemplo, los quarks sí presentan carga y deben combinarse con otras partículas al viajar por el espacio, mientras que los neutrinos presentan una carga neutra y pueden transportarse de forma libre por sí mismos.
¿Cómo se producen?
Pero, ¿de dónde salen este tipo de partículas? ¿Cómo se producen? Pues realmente la generación de neutrinos es un fenómeno que puede ocurrir en diferentes rincones del Universo. Uno de ellos se encuentra en el interior de las estrellas y forma parte del proceso de generación de energía, es decir, de la fusión nuclear. En su núcleo, como es el caso del Sol, se convierte el hidrógeno en helio, liberando grandes cantidades de energía en forma de luz y calor junto a un gran número de neutrinos. Estos viajan a través del espacio, atravesando la Tierra de forma continua.
Una de las fuentes de producción de neutrinos son las reacciones de fusión que ocurren en el interior del Sol.
Además, también es posible que se generen en las explosiones de las supernovas, es decir, en fenómenos de colapso en los que una estrella pone punto final a su vida. En ese violento fenómeno se produce una gran emisión de neutrinos, los cuales quedan libres y viajando por el espacio. Cuando se produjo la Supernova 1987ª, situada a 168.000 años luz de la Tierra, la emisión de neutrinos fue tan grande que el flujo fue captado desde los detectores terrestres.
Sin embargo, también es posible producir neutrinos de forma artificial en laboratorios construidos por el hombre y ubicados en el planeta. Es por ejemplo el caso de los neutrinos generados en los aceleradores de partículas, donde ciertos elementos, como protones, se hacen chocar contra objetivos específicos a muy altas velocidades. Otro caso son los procesos de desintegración nuclear, como la descomposición beta, en la que los neutrinos son producidos junto a otras partículas elementales.
El protón: de la lámina de oro a la lucha contra el cáncer.
De la astrofísica a la actividad nuclear
Quizás, una de las grandes incógnitas alrededor de estas peculiares partículas sea la de ¿para qué sirven? ¿qué efectos tiene su existencia? Pues bien, más allá de su reputación fantasmagórica y su viaje a través del Universo, los neutrinos tienen un papel clave en la física de partículas y en la exploración de los fenómenos astronómicos. Así, los neutrinos ofrecen una oportunidad casi única para estudiar las fuerzas fundamentales que reinan en el Cosmos, especialmente la de interacción débil.
Además, son partículas indispensables a la hora de explorar y entender la materia oscura, la cual constituye casi el 27 % del Universo. Y es que, el hecho de que los neutrinos rara vez interactúen con el entorno que vemos y detectamos, los convierte en candidatos ideales para constituir la materia oscura. De hecho, existen ciertas investigaciones en curso que buscan rastros de neutrinos que puedan evidenciar la presencia de esa materia oscura.
Vera Rubin, la astrónoma detrás del descubrimiento de la materia oscura.
Pueden también jugar un papel clave en el monitoreo de la actividad nuclear. De esta forma, en los reactores nucleares se puede medir la detección de neutrinos, de forma que una variación en su producción podría indicar ciertos cambios en la operación del reactor. Este mecanismo supondría entonces una herramienta para la vigilancia nuclear y la seguridad nuclear.
Finalmente, los neutrinos procedentes de fuentes astrofísicas, como los blazares o algunos eventos cataclísmicos, pueden ayudar a detectar procesos energéticos que estén teniendo lugar en el Universo. Por ejemplo, los neutrinos capturados en el detector IceCube de la Antártida permiten obtener información muy valiosa acerca de eventos cósmicos violentos y desconocidos hasta ese momento.
