Lunes
en la Ciencia, 11 de septiembre del 2000
El neutrino tau
Jaime Besprosvany
Recientemente se ha confirmado la existencia de la
partícula neutrino tau. Esto, después del
análisis de las mediciones de experimentos realizados en 1997
por una colaboración internacional en el acelerador Fermilab,
en Illinois, EU. Para los físicos, la seguridad de haberla
"visto" se basa en la observación de los rastros dejados en un
material por partículas "hermanas" tau producidas por los
neutrinos tau. Estos últimos provenían de un haz de
partículas creado en otro aparato y filtrado a través de
otro material absorbente, proceso del cual sólo éstos
sobreviven y que permite así limpiar la señal.
Aunque la existencia del neutrino tau era supuesta por
todos, el científico no se da por satisfecho hasta no tener
consigo una prueba experimental. Con su detección se completa
un sinuoso camino de investigación recorrido a lo largo del
siglo XX sobre los constituyentes elementales, y que culmina en el
Modelo Estándar; así, se rellena el último nicho
faltante del modelo para las partículas que forman la
materia. En el universo hay materia y radiación (como la
luz). La radiación es responsable de las interacciones entre
las partículas de la materia y se conocen cuatro clases de
interacciones o fuerzas: gravitacional, electromagnética,
débil y fuerte. Las partículas de la materia aparecen en
dos tipos: los leptones y los quarks. Los primeros difieren de los
segundos en que no "sienten" la interacción fuerte, que
sólo actúa entre el protón y el neutrón (y
afines), formados por los quarks. Hay tres generaciones en cada tipo y
los leptones constan de las partículas: electrón,
muón y tau, con carga, y cada una con su respectivo "hermano"
neutrino, de carga neutra. Es precisamente el neutrino del tau el que
ha sido detectado en Fermilab y es la exclusiva producción de
taus en el experimento lo que lo distingue de los demás
neutrinos. Asimismo, existen seis quarks, un par en cada
generación. El último en descubrirse fue el top en 1994,
aunque los quarks no han sido ni pueden ser vistos en
aislamiento.
El neutrino es una partícula extraña. Es
tan conspicua como elusiva, pues en un segundo una infinidad de
neutrinos atraviesan nuestro cuerpo, pero con una probabilidad
ínfima de que interactúen y así se manifiesten,
dado que por su ausencia de carga sólo interactúan
mediante la fuerza débil. Aunque al estudiarlos somos como
ciegos intuyendo sus propiedades a partir de sus indicios, se conoce
bastante acerca de ellos. Un gran flujo proviene del sol, donde los
neutrinos son creados por emisión beta (ver abajo) en medio de
reacciones en que los núcleos interaccionan y se fusionan
sucesivamente en una cadena que provee de energía al sol, otro
de cuyos efectos es la luz solar. Se supone también que el
espacio rebosa en neutrinos remanentes de la sopa caliente que
formó al universo y, no obstante su gran número, su baja
energía los hace todavía indetectables.
El neutrino comenzó como partícula
hipotética. Al principio del siglo XX fenómenos como la
radiactividad -la emisión espontánea de
partículas por el núcleo- minaban los supuestos
clásicos y abrían nuevas áreas a la
investigación. En la emisión beta, cuya responsable es
la interacción débil, un núcleo incrementa en una
unidad su carga positiva y emite un electrón, de carga
negativa. El análisis de la energía y del momento de la
reacción implicaba que, en la transformación del
núcleo original en dos cuerpos, había una pérdida
de energía y momento. ƑHabría que renunciar a las
leyes de conservación del momento y la energía? En 1930
el físico austriaco Pauli fue, en efecto, conservador y propuso
que una tercera partícula -neutra para conservar la carga
y luego bautizada como neutrino- debería llevarse el
momento y la energía faltantes. Luego se comprendió que
en esta emisión un neutrón decae en un protón, un
electrón y un neutrino. En 1956 se comprobó la
existencia del neutrino por los físicos estadunidenses Reines y
Cowan. Un reactor nuclear proveyó el suficiente flujo de
neutrinos para poderlos detectar de manera similar al reciente
experimento. Posteriormente se descubrió que los neutrinos del
electrón y del muón son distintos.
Hoy uno de los temas más candentes de
investigación es si los neutrinos poseen masa, de lo que ya hay
indicios. Existe un déficit en el flujo medido de neutrinos del
electrón provenientes del sol, en contraste a lo esperado
según los modelos solares. Si los neutrinos tienen masa pueden
entremezclarse; la "emigración" del neutrino del
electrón a un neutrino del muón o del tau en su camino a
la tierra resolvería el problema. La masa del neutrino
podría también explicar la masa faltante en el universo
que se requiere para explicar su misma dinámica. Otras
interrogantes se intentan resolver desde los más diversos
puntos de vista. ƑPor qué esa trinidad de generaciones?
ƑPor qué los leptones no sienten la fuerza fuerte? Hay
también razones para suponer la existencia de partículas
adicionales, más allá del Modelo Estándar, y los
aceleradores están en una búsqueda frenética de
ellas.
El autor es investigador del Instituto de
Física de la UNAM
[email protected]
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