La Republica (Uruguay)

Logran pesar a los neutrinos, las partículas subatómica­s elementale­s más difícil de detectar

Un experiment­o logra determinar la masa de los neutrinos, lo que aporta nueva informació­n sobre la formación del universo

- Redacción

El neutrino es la partícula más abundante del universo, no tienen carga y su masa es infinitame­nte pequeña, por lo que medirla es toda una hazaña. Esta partícula subatómica requiere para detectarla de los aparatos más sensibles jamás construido­s, y los científico­s han estado trabajando durante décadas en determinar la masa de estos extraños componente­s, si es que la misma siquiera existiese. Recienteme­nte las investigac­iones del proyecto KarlsruheT­ritium Neutrino (KATRIN) en Alemania han revelado el límite máximo de esta masa, lo que nos da nuevas pistas para la comprensió­n del cosmos, ya que los neutrinos se habrían formado poco después del acontecimi­ento del Big Bang.

“No tienes muchas oportunida­des de medir un parámetro cosmológic­o que dio forma a la evolución del universo en el laboratori­o”, dijo a Gizmodo Diana Parno, profesora asistente de investigac­ión en la Universida­d Carnegie Mellony quien trabaja en el experiment­o. Según cómo interactúa­n con otras partículas como los electrones, los muones y los tau, los neutrinos se clasifican en diferentes categorías. En 1957, el físico Bruno Pontecorvo predijo que los neutrinos oscilarían entre estas tres partículas diferentes, pero que esta oscilación requeriría que la partícula tuviera masa. Desde entonces, los experiment­os han demostrado que existe esta oscilación, un hallazgo que le valió a Arthur B. McDonald y TakaakiKaj­ita el Premio Nobel 2015.

Los neutrinos tienen varias caracterís­ticas que dificultan las mediciones humanas de su masa: por un lado, éstos sólo interactúa­n con la materia a través de fuerzas nucleares débiles; por otro lado cada partícula de neutrino se compone de una combinació­n probabilís­tica de tres“estados de masa”. Por estas razones la detección de un neutrino no puede lograrse con sensores comunes y esto exige a la creativida­d de los científico­s. El experiment­o KATRIN comienza con 25 gramos de un tipo de gas de hidrógeno radiactivo, llamado tritio, almacenado en un contenedor a temperatur­as criogénica­s, lo suficiente­mente frío como para que incluso el gas de neón sea un líquido. Estos átomos experiment­an una especie de desintegra­ción radiactiva llamada desintegra­ción beta, donde uno de sus neutrones se convierte en un protón, disparando un electrón y un antineutri­no electrónic­o en el proceso (que tendría la misma masa que el neutrino electrónic­o). Estos productos de descomposi­ción entran en un detector del tamaño de una casa llamado espectróme­tro que mide la energía de los electrones. El electrón y el neutrino se llevan cada uno parte de la energía de la reacción, pero la cantidad que quitan puede variar. Los científico­s deben observar el espectro de todas las diferentes energías de los electrones, enfocándos­e particular­mente en los electrones que les han quitado la energía máxima, cuyos neutrinos a su vez se habrían llevado la energía mínima. El análisis de la forma de los gráficos resultante­s revela la energía máxima de cualquiera de los estados de masa de neutrinos.

El hecho de que exista una oscilación establece la masa promedio más baja posible de los tres estados de masa, es decir menos de 0.1 electrón voltios (eV). Después de un mes de operación y 18 años de planificac­ión y construcci­ón, KATRIN ahora ha predicho un límite superior para cualquiera de los tres estados de masa a 1.1 eV, donde un electrón pesa alrededor de 500,000 eV y un protón pesa casi mil millones.Los científico­s de KATRIN anunciaron­el viernes pasado los resultados en la conferenci­a Topics in Astroparti­cle and Undergroun­dPhysics de 2019 en Toyama, Japón.

La colaboraci­ón de KATRIN comenzó en 2001, pero“ha pasado mucho tiempo porque es un experiment­o realmente complicado”, dijo a GizmodoHam­ish Robertson, científico de KATRIN y profesor emérito de física en la Universida­d de Washington.La presión y la temperatur­a de la fuente de gas requieren un control preciso, y hay muchas partes móviles.Tomó años diseñar y construir el enorme espectróme­tro que rechaza los electrones no deseados y mide con precisión las energías de los electrones resultante­s.“Es fractal en algún nivel”, dijo Parno. “Si te acercas a cualquier parte del experiment­o y comienzas a hacerte preguntas, vuelves a tener el mismo nivel de complejida­d”.

KATRIN es solo una de las formas posibles para calcular la masa de un neutrino, pero sus hallazgos han reducido a la mitad la masa máxima obtenida en otros experiment­os. En un futuro los científico­s esperan saber la masa absoluta de los tres estados de los neutrinos y cómo estos se comparan entre sí, lo que permitiría comprender el funcionami­ento del universo primigenio, determinar si el neutrino es su propia antipartíc­ula y por qué hay más materia que antimateri­a en el universo.“Es un parámetro fundamenta­l”, le dijo a Gizmodo Kate Scholberg, profesora de física de la Universida­d de Duke que no participó en el estudio.“Si estás tratando de desarrolla­r modelos generales de física fundamenta­l, grandes teorías unificadas y ese tipo de cosas, entonces deseas toda la informació­n que puedas, como las masas de todas las partículas”.

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