Asociacion Panameña de Aficionados a la Astronomia (APAA)

Neutrinos: dolor de cabeza y aspirina para la Astronomía
Xavier Amador
Físico Matemático
MIEMBRO DE LA ASOCIACION PANAMEÑA DE AFICIONADOS A LA ASTRONOMIA

Los neutrinos son partículas predichas en la década de los '20 por el Físico Wolfgan Pauli y detectadas en 1953 por primera vez en el reactor nuclear de Savannah River, USA, por C.L. Cowan y R. Reines .

Son extremadamente difíciles de detectar ya que para que esto suceda deben acercarse a distancias increíblemente pequeñas a cualquier otra partícula y además la energía de la interacción debe ser suficientemente alta para que pueda detectarse los efectos de tal interacción con los instrumentos actuales, los cuales, por cierto, no son lo suficientemente sensibles. Uno de los problemas principales en la detección de estas partículas es que el Universo es prácticamente transparente a los mismos: es como si un meteoro de aproximadamente 10 Km. de diámetro atravesara perpendicularmente al Sistema Solar; para poder sentir la presencia de tal meteoro, éste tendría que impactar directamente a un miembro del Sist. Solar. Para aumentar la probabilidad de impacto directo, se tendría que construir un material fantásticamente denso, puesto que ningún material natural (orgánico o inorgánico) que hay sobre la Tierra es lo suficientemente denso.

Ahora bien, no es tan fácil construir tal material sin que además se produzcan efectos secundarios cuya intensidad pudiese ocultar o esconder las reacciones originales producidas por el choque directo de algún neutrino. Por ejemplo, se puede crear un plasma bien denso y encerrarlo en una "botella magnética" y utilizarlo a manera de telescopio de neutrinos. Aunque sí detectaría más neutrinos, las reacciones nucleares/químicas que se producirían gracias a dichas colisiones se verían afectadas por las demás reacciones que se dan en las altas temperaturas del medio plasmático. Un detector menos denso podría ser una pared gruesa de algún material especial, sin embargo, las reacciones causadas por colisiones de neutrinos aún serían muy difíciles de medir puesto que dichas reacciones tendrían que propagarse a través de la pared hasta alcanzar a algún detector, lo cual disminuye drásticamente la intensidad de las mismas hasta tal punto de hacerlas indetectables. Un detector líquido sería muchísimo menos denso, pero ofrece la ventaja de que las reacciones por colisión de neutrinos son más fáciles de detectar: por ejemplo, el detector construído por el astrofísico Raymond David, que consiste en un enorme tanque lleno de tetracloruro de carbono (C2Cl4) localizado a 1.6 Km bajo tierra en la mina de Homestake, Dakota del Sur, USA. El cloro al ser impactado directamente por un neutrino se transforma en Argón (gas noble inerte) y libera un positrón (antipartícula del electrón). Ya que el Argón es inerte y el C2Cl4 no es lo suficientemente corrosivo como para interactuar con el Argón producido, éste último puede recogerse y medir cuánto se ha producido. Así, la cantidad antes medida junto con el modelo teórico utilizado, permiten conocer la energía de los neutrinos que han colisionado en el detector. El inconveniente es que debido a la baja densidad del detector, la cantidad de neutrinos detectados es descepcionantemente baja.

Qué se esperaría encontrar si algún día se logra construir un "telescopio de neutrinos" ideal ?

Al igual que la Radiación Cósmica de Fondo [RCF], la cual tiene cierta energía/temperatura y que baña a todo el Universo, existe también un Fondo Cósmico de Neutrinos [FCN] con cierta energía/temperatura que baña a todo el Universo. El FCN se produjo primero que la RCF durante los momentos iniciales de la expansión del Universo, por lo que la medición/análisis de su temperatura proporcionaría una pista muy valiosa acerca del comportamiento de la materia durante tales instantes iniciales de la expansión, lo que a su vez ayudaría a refinar o a cambiar los modelos cosmológicos actuales.
Ya que los procesos termonucleares de las estrellas producen neutrinos, su detección/análisis ayudaría a la construcción de mejores modelos de evolución estelar.
Se cree que en las galaxias activas, Quasars, estrellas de Neutrones, etc., ocurrren procesos de muy alta energía en los cuales hay una producción bastante considerable de neutrinos cuya detección/análisis ayudaría a entender mejor tales procesos y quizás a resolver muchos problemas concernientes al estudio de dichos objetos.
Uno de los tantos candidatos para constituir lo que se conoce como "materia oscura" son precisamente los neutrinos. Su detección permitiría hacer mapas de la distribución de dicha materia oscura a través del Universo observable, lo cual a su vez podría obligar a los cosmólogos a redefinir sus modelos sobre la formación galáctica, ya que es bien sabido que la materia oscura ejerce una influencia gravitatoria muy importante sobre tales sistemas (en un futuro artículo aclararemos por que hoy en día ya no se consideran a los neutrinos como los constituyentes principales de la materia oscura !).
Debido a la transparencia del Universo para con los neutrinos, su detección/análisis podría aclarar la naturaleza de ciertas estructuras fascinantes y extrañas que se han detectado en el espacio: a escalas inmensamente grandes, del orden de cientos o miles de megaparsercs, se ha detectado que el Universo podría tener una estructura de "esponja", ya que los cúmulos y supercúmulos galácticos forman "filamentos" interconectados entre sí y al lado de tales "filamentos" existen "vacíos" increíblemente inmensos en donde no se ha detectado materia visible. La estructura o composición de tales "vacíos" es un misterio hoy día. Otra de las estructuras fascinantes que queremos mencionar es el llamado "Gran Atractor", el cual parece ser una inmensa cantidad de masa no visible (no se sabe si es materia oscura) localizada en la constelación de Virgo y que atrae a varios supercúmulos galácticos hacia sí. Existen varios grupos de investigadores estudiando este fenómeno, pero aún permanece como un misterio fascinante.

Qué pasa con los neutrinos provenientes del Sol ??

Según los mejores modelos de evolución estelar que se tienen actualmente, el Sol debería producir cierta cantidad de neutrinos electrónicos; sin embargo, los mejores experimentos llevados a cabo hasta la fecha, sólo detectan 1/3 de la cantidad que supuestamente debería estar produciendo el Sol !! Qué es lo que anda mal ? Si se modifican los modelos de evolucón estelar para acomodar este hecho experimental, entonces los modelos dejan de servir para explicar otros datos astrofísicos. Parece ser que la única forma de conservar los modelos que tan bien han servido para explicar otros hechos astrofísicos, es que los neutrinos posean masa. Si esto es así, entonces la Teoría de Interacciones Débiles, que es el modelo que, entre otras cosas, describe el comportamiento de los neutrinos, predice que los neutrinos electrónicos pueden transformarse en otro tipo de neutrinos, digamos neutrinos tau o neutrinos muónicos. Esto explicaría el por qué sólo se detecta 1/3 de los neutrinos electrónicos que supuestamente debería estar produciendo el Sol: 2/3 de los mismos se transforman en otro tipo en su trayectoria desde el Sol hacia la Tierra. Fin del cuento ? NO !! Experimentos realizados en los '80 y '90 sugieren que la distancia a la cual se da tal transformación es del orden de cientos de metros. Sin embargo, la distancia entre la Tierra y el Sol es del orden de los cientos de millones de Km !!! Esto significaría que TODOS los neutrinos electrónicos se han transformado muchísimo antes de llegar a la Tierra y, por lo tanto, no se debería detectar el 1/3 de neutrinos electrónicos que se detecta actualmente !!!