Neutrino para niños
Datos para niños Neutrino νe , ν μ , ν τ , ν e , ν μ, ν τ |
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 Primera observación de un neutrino en una cámara de burbujas, en 1970, en el Laboratorio Nacional Argonne de los Estados Unidos. La observación se realizó gracias a las líneas observadas en la cámara de burbujas basada en hidrógeno líquido.
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| Composición | partícula elemental | |
| Familia | fermión | |
| Interacción | débil y gravitatoria | |
| Estado | descubierta | |
| Antipartícula | antineutrino (ella misma; véase partículas Majorana) | |
| Teorizada |
ν τ (neutrino tauónico): a mediados de los años 1970 |
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| Descubierta | ν e: Clyde Cowan y Frederick Reines (1956) ν μ: Leon Lederman, Melvin Schwartz y Jack Steinberger (1962) ν τ: DONUT collaboration (2000) |
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| Tipos | 3: neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico | |
| Masa |
ν τ: < 18,2 MeV |
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| Carga eléctrica | 0 e | |
| Espín | 1⁄2 | |
| Hipercarga débil | -1 | |
El neutrino es una partícula subatómica muy pequeña. Su nombre significa "pequeño neutrón" en italiano. Fue descubierto por Clyde Cowan y Frederick Reines.
Los neutrinos no tienen carga eléctrica y su masa es increíblemente pequeña, mucho menos que la de un átomo de hidrógeno. Por eso, son muy difíciles de detectar. Pueden atravesar la materia común sin casi interactuar con ella. ¡Miles de millones de neutrinos te atraviesan cada segundo sin que te des cuenta!
Existen tres tipos o "sabores" de neutrinos: el neutrino electrónico, el neutrino muónico y el neutrino tauónico. Los neutrinos pueden cambiar de un tipo a otro en un proceso llamado oscilación de neutrinos. Este cambio demuestra que los neutrinos sí tienen masa, aunque sea muy pequeña.
Los neutrinos no se ven afectados por la fuerza electromagnética (la que mantiene unidos los átomos) ni por la fuerza nuclear fuerte (la que une las partículas en el núcleo). Sin embargo, sí interactúan con la fuerza nuclear débil y la fuerza gravitatoria.
Contenido
¿Cómo se descubrieron los neutrinos?
La idea de Wolfgang Pauli
La existencia del neutrino fue propuesta en 1930 por el físico Wolfgang Pauli. Él notó que en un tipo de desintegración de partículas, parecía que se perdía energía y movimiento. Para que las leyes de la física se cumplieran, Pauli sugirió que debía existir una partícula invisible que se llevara esa energía y movimiento. La llamó "neutrino".
Esta partícula debía ser muy especial: sin masa, sin carga y sin interactuar mucho con otras partículas. Por eso, durante 25 años, el neutrino fue solo una idea. Era tan difícil de detectar que se calculaba que se necesitaría un bloque de plomo de un año luz de largo para detener la mitad de los neutrinos que lo atravesaran.
La primera detección experimental
En 1956, Clyde Cowan y Frederick Reines lograron demostrar la existencia del neutrino. Lo hicieron bombardeando agua pura con muchos neutrones. Observaron que se emitían fotones (partículas de luz) después de las interacciones, lo que confirmaba la presencia de los neutrinos. Este experimento se conoce como el experimento del neutrino.
Descubrimiento de diferentes tipos de neutrinos
En 1962, Leon Max Lederman, Melvin Schwartz y Jack Steinberger descubrieron que no solo existía un tipo de neutrino, sino que detectaron el neutrino muónico. Mucho más tarde, en el año 2000, la colaboración DONUT en Fermilab anunció el descubrimiento del neutrino tauónico.
¿Los neutrinos viajan más rápido que la luz?
En 2011, un experimento llamado OPERA anunció por error que los neutrinos parecían viajar un poco más rápido que la luz. Esto fue muy sorprendente, ya que la teoría de la relatividad de Einstein dice que nada puede ir más rápido que la luz. Sin embargo, poco después, se descubrió que hubo un fallo en el equipo de medición (un cable desconectado). Cuando se corrigió el error, se confirmó que los neutrinos viajan a la velocidad de la luz, como se esperaba.
¿Cuántos tipos de neutrinos existen?
Como mencionamos, hay tres tipos principales de neutrinos, cada uno asociado a una familia de partículas llamadas leptones:
- Neutrino electrónico (
) - Neutrino muónico (
) - Neutrino tauónico (
)
También existen sus antipartículas, llamadas antineutrinos.
Los neutrinos pueden cambiar de un tipo a otro, un proceso llamado oscilación de neutrinos. Esto significa que un neutrino electrónico, por ejemplo, puede convertirse en un neutrino muónico y luego en un tauónico. Esta oscilación es la prueba de que los neutrinos tienen masa.
¿De dónde vienen los neutrinos?
Los neutrinos se producen en muchos lugares del universo y también en la Tierra.
El Sol: una fábrica de neutrinos
El Sol es una fuente muy importante de neutrinos. Se producen en su núcleo a través de las reacciones nucleares que generan su energía. Como los neutrinos casi no interactúan con la materia, escapan del Sol y viajan por el espacio, atravesando la Tierra sin problemas.
Durante mucho tiempo, los científicos se dieron cuenta de que llegaban menos neutrinos del Sol de los que esperaban. Esto se llamó el "Problema de los neutrinos solares". Ahora sabemos que la razón es la oscilación de neutrinos: muchos de los neutrinos electrónicos que salen del Sol cambian a otros tipos en su camino a la Tierra, y los primeros detectores solo podían ver los neutrinos electrónicos.
Fuentes creadas por el ser humano
Las centrales nucleares son una fuente artificial de neutrinos. Producen una gran cantidad de antineutrinos cada segundo. Los aceleradores de partículas también pueden generar neutrinos, aunque en menor cantidad.
Fenómenos cósmicos
Las supernovas (explosiones gigantes de estrellas) son otra fuente de neutrinos. Cuando una estrella muy grande explota, libera una enorme cantidad de energía en forma de neutrinos. De hecho, los neutrinos son clave para que la explosión ocurra. Cuando la SN 1987A explotó, los detectores en la Tierra captaron un pequeño flujo de neutrinos de esa lejana explosión.
También se cree que existe un "fondo" de neutrinos de baja energía en todo el universo, similar a la radiación cósmica de fondo de microondas que quedó del Big Bang.
La Tierra y la atmósfera
La radiactividad natural de algunos isótopos radiactivos dentro de la Tierra también produce neutrinos. Estos "geoneutrinos" pueden darnos información valiosa sobre el interior de nuestro planeta.
¿Cómo se detectan los neutrinos?
Detectar neutrinos es un gran desafío porque interactúan muy poco con la materia. Para detectarlos, se necesitan detectores enormes y muy sensibles, a menudo ubicados bajo tierra para protegerlos de otras partículas.
Detectores de centelleo
Los primeros neutrinos fueron detectados usando un método llamado "centelleo". En el experimento Reines-Cowan, se usaron tanques de agua con cloruro de cadmio. Cuando un antineutrino chocaba con un protón del agua, se producían otras partículas que emitían pequeños destellos de luz. Estos destellos eran captados por sensores especiales.
Hoy en día, detectores como KamLAND y Borexino usan líquidos especiales que "centellean" (emiten luz) cuando un neutrino interactúa con ellos. Esto permite a los científicos estudiar los neutrinos que vienen del Sol o de los reactores nucleares.
Detectores radioquímicos
En 1967, Raymond Davis desarrolló otro método. Descubrió que el cloro-37 podía absorber un neutrino y convertirse en argón-37, que es radiactivo y se puede detectar.
Para proteger su experimento del "ruido" de otras partículas, Davis enterró un gran tanque de tetracloroetileno (un líquido con cloro-37) en una mina de oro en Dakota del Sur. Sus experimentos confirmaron el problema de los neutrinos solares, mostrando que llegaban menos de los esperados.
Detectores de efecto Cherenkov
Una forma más moderna de detectar neutrinos es usando el efecto Cherenkov. Cuando un neutrino choca con un electrón en un medio como el agua, puede hacer que ese electrón se mueva más rápido que la luz en ese medio (aunque no más rápido que la luz en el vacío). Cuando esto sucede, el electrón emite un destello de luz azul, llamado radiación de Cherenkov. Sensores especiales captan esta luz.
Super Kamiokande
Super Kamiokande es uno de los detectores de neutrinos más famosos. Está en una mina en Japón, a 1000 metros de profundidad. Es un cilindro gigante lleno con 50.000 toneladas de agua pura, y sus paredes están cubiertas con 11.200 sensores de luz.
Este detector fue clave para observar los neutrinos de la SN 1987A y para confirmar el problema de los neutrinos solares. Pero su mayor logro fue demostrar la oscilación de neutrinos, lo que confirmó que los neutrinos tienen masa. Por este descubrimiento, su director, Takaaki Kajita, recibió el Premio Nobel de Física en 2015.
Observatorio de Neutrinos de Sudbury
El Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO) está en una mina en Canadá, a 2100 metros de profundidad. Usa agua pesada en lugar de agua normal, porque es más probable que interactúe con los neutrinos.
Los resultados del SNO también confirmaron la oscilación de neutrinos. Su director, Arthur B. McDonald, compartió el Premio Nobel de Física en 2015 por estos importantes descubrimientos.
Véase también
En inglés: Neutrino Facts for Kids
