Observatorio de Neutrinos

La fuente de luz por antonomasia, las más antigua, la más sagrada y la que de manera categórica presenciamos todos los días, el Sol, ha sido desde la antigüedad un misterio a revelar. De ser un arquetipo mítico a ser una fuente de asombro y respeto, el hombre lo convirtió en Dios, y después de varios siglos lo definió como una esfera que giraba alrededor de la tierra para finalmente consolidarlo como una enorme estrella posicionada en el centro del sistema planetario. Profetas, sacerdotes, teólogos, filósofos, astrónomos y científicos han expresado su peculiar perspectiva: en cada boca “El sol es nuevo cada día” sin dejar por ello de sorprender su incuestionable constancia y gratitud. Descubrir su estructura y riqueza interior ha sido también una obsesión a revelar por la astrofísica, la cual se dedica a investigar la sorprendente vitalidad atómica que responde también a muchas de las preguntas que se plantea hoy la física nuclear.

El astro rey está constituído por 81% de hidrógeno, 18% helio y el 1% restante de una mezcla con casi todos los elementos químicos terrestres. Cuando dos átomos de hidrógeno son atraídos entre sí a enormes fuerzas gravitatorias, se produce una fusión nuclear, la cual genera una partícula de deuterio y un Neutrino, en seguida este núcleo de deuterio pasa a fusionarse con otro núcleo de hidrógeno que forman helio-3, y en la última fase, dos núcleos de helio-3 se unen para formar finalmente helio-4 y dos núcleos de hidrógeno libres. En dichas reacciones existe necesariamente una pérdida de masa, debido a que el peso del hidrógeno consumido es mayor al del helio producido; y, de acuerdo a la ecuación de Einstein (E = mc2), la diferencia de masa se transformará en energía libre, que en este caso se expresa tanto en energía cinética como en millones en fotones, es decir, en luz.

La fusión solar sólo puede ser auto-sostenida si parte de la energía resultante permanece en el plasma manteniendo las elevadas temperaturas requeridas. Esto implica a su vez que los fotones libres colisionen constantemente con los electrones de hidrógeno y el helio, y sean constantemente desviados en un infinito laberinto lumínico; en promedio la luz puede demorar cerca de 20.000 años antes de salir del sol, lo cual se traduce a la patética velocidad de cuatro metros por hora. Aunque una vez fuera de la órbita tarda sólo 8 minutos en llegar hasta nuestras casas.

Parte fundamental de esta energía libre producida por el sol la constituyen los Neutrinos, partículas subatómicas sin carga y con una masa insignificante, esto es, solo la milmillonésima parte de la masa de un átomo de hidrógeno. Su ligereza provoca que la interacción con las demás partículas sea mínima, y por lo mismo puedan atravesar la materia casi sin perturbarla. Cada segundo el sol genera cerca de 100 mil millones de neutrinos, que nacen en el núcleo atraviesan la superficie y escapan de su órbita a cada instante. La Tierra por supuesto recibe constantemente millares de neutrinos que la recorren libremente, sin verse afectados por ella en absoluto.

La comunidad científica no tardó en estipular la cantidad exacta de neutrinos que entran a la Tierra, porque durante muchos años las teorías no concordaban entre sí, lo que hizo incluso dudar muchos respecto al modelo solar. Tuvieron que pasar más de 70 años para que la cantidad se confirmara empíricamente mediante un complejo experimento: la construcción de un  enorme detector en Canadá conocido como SNO (Sudbury Neutrino Observatory), el cual no sólo demostró la cantidad de neutrinos prevista, sino también el hecho de que, al atravesar la Tierra sufren tres tipos de oscilaciones y sólo una de ellas era detectado por los observatorios.

Japón también construyó su propio observatorio de neutrinos al cual llamaron Super-Kamiokande, o Super-K. La tecnología utilizada es tan precisa que puede incluso detectar el decaimiento de protones y neutrinos provenientes de supernovas en cualquier parte de nuestra galaxia.

Super-K puede ser considerada la instalación lumínica más grande y compleja del planeta, consiste en una estructura cilíndrica de 40 m de alto por 40 m de ancho y está ubicada a 1.000 m bajo tierra, con 50.000 toneladas de agua pesada rodeadas por cerca de 11.000 tubos fotomultiplicadores. Una colosal cisterna con miles de lentes solares perfectamente acomodados que asemejan ser una perfecta obra de arte, pero su función es puramente científica. Los miles de fotomultiplicadores observan la interacción de los neutrinos con los electrones o los núcleos del agua, la cual produce una partícula que se mueve más rápido que la velocidad de la luz en el agua (aunque, claro está, más lentamente que la velocidad de la luz en el vacío). Esto crea un cono de luz con un patrón característico que provee información sobre la clase de neutrino que llega y la dirección con la que golpean la tierra.

La Colaboración Super-Kamiokande anunció la primera evidencia de oscilaciones de neutrinos, consistente con la teoría de que los neutrinos no tienen masa nula, aun cuando el valor sea muy pequeño. Hasta entonces, toda la evidencia observacional apuntaban a que los neutrinos no tenían masa, aunque los teóricos habían especulado lo contrario por muchos años.

A todo esto… ¿Con qué motivo las potencias mundiales invierten tanto dinero en la observación y análisis de subpartículas atómicas? Al parecer la fìsica nuclear tiene todavía mucho que decirnos sobre la estructura del cosmos, en donde por supuesto la luz es siempre parte fundamental. Desde su nacimiento hasta llegar al ojo humano, los fotones recorren una compleja travesía, que nos regalan tanto las más hermosas puestas solares, como información precisa sobre la compleja dimensión subatómica. El sol, con su inigualable gratitud, ofrecerá siempre claridad a la ciencia del hombre, aunque permanezca en el ocaso el verdadero misterio del mundo.