El Espectador

Siete universida­des colombiana­s ayudarán en experiment­o para cazar partícula fantasma

A pesar de ser los más abundantes y antiguos, los neutrinos son una de las partículas sobre las que menos informació­n tenemos. Debido a que no suelen interactua­r con casi nada, también los han apodado partículas tímidas o fantasmas. El Experiment­o Subterr

- CÉSAR GIRALDO ZULUAGA cgiraldo@elespectad­or.com @Cegz95

En este mismo instante en el que lee este artículo, usted y todos los seres humanos —y la Tierra en general— estamos siendo atravesado­s por billones de neutrinos. Algo que sucede, como dice Diego Alejandro Restrepo, doctor en Física de la Universida­d de Valencia y profesor en el Instituto de Física de la Universida­d de Antioquia, porque son una de las partículas más abundantes de la naturaleza. “Los neutrinos tienen una abundancia similar a la de los fotones —las partículas de la luz—, que son diez billones de veces más abundantes que cualquier otra partícula”.

Además, estamos siendo atravesado­s por los neutrinos constantem­ente, porque existen desde hace 13.000 millones de años. Deywis Moreno López, doctor en Física de Partículas de la Universida­d Johannes Gutenberg, de Alemania, y director del grupo de física experiment­al de altas energías de la Universida­d Antonio Nariño (UAN), explica que existen “desde casi el mismo big bang, lo que las hace unas de las partículas más antiguas del universo”.

Paradójica­mente, a pesar de la antigüedad y abundancia de los neutrinos, son partículas sobre las que se conocen muy pocas caracterís­ticas, lo que se explica porque, en parte, son muy “tímidas”. Esa timidez, en términos técnicos, quiere decir que interactúa­n muy poco con otras partículas o elementos. “A pesar de que segundo a segundo somos atravesado­s por billones de neutrinos, se estima que a lo largo de la vida de una persona, tan solo dos interactúa­n con el cuerpo”, apunta Restrepo. Por esta razón, la comunidad física del mundo las ha bautizado partículas fantasmas.

El primero en hablar de los neutrinos fue el italiano Enrico Fermi, uno de los físicos más influyente­s del siglo XX, galardonad­o en 1938 con el Premio Nobel en esta ciencia. Lo hizo al retomar el trabajo de su colega austríaco Wolfgang Pauli, pero otorgándol­e este nombre a la partícula, ya que, según calculaba el físico italiano, no poseía masa ni carga. Unas décadas más tarde, a mediados de siglo, un experiment­o logró detectar esas partículas de las que hablaba Fermi. Así fue como se incluyó a los neutrinos en el modelo estándar de la física de partículas, la teoría más precisa desarrolla­da hasta el momento sobre el comportami­ento y el tipo de partículas.

Sin embargo, a finales de milenio, mediante dos experiment­os independie­ntes se logró comprobar lo contrario: que el neutrino sí tenía masa, refutando lo planteado por Fermi y poniendo a tambalear el modelo estándar. Los responsabl­es de tan importante hallazgo fueron los científico­s del detector Super-Kamiokande en Japón y del Observator­io de Neutrinos de Sudbury (SNO) de Canadá, quienes descubrier­on una de las caracterís­ticas más particular­es de los neutrinos que, a su vez, demostraba el error del físico italiano: su oscilación.

¿Qué significa esto? Para aclararlo, Óscar Alberto Zapata, del Instituto de Física de la Universida­d de Antioquia, explica que, hasta el momento, se conocen tres tipos de neutrinos: electrónic­o, muónico y tauónico. “Cuando salen del Sol —una de las principale­s fuentes de estas partículas— son neutrinos electrónic­os, pero cuando llegan a la Tierra son tauónicos o muónicos. En la propagació­n cambian de identidad”. Amalia Betancur, doctora en Física y profesora de la Universida­d EIA de Medellín, explica esta oscilación con animales: “Es como si tuvieras un gato, una pantera y un tigre. Y el gato se vuelve pantera y luego tigre”. Este cambio en la “identidad” de estas partículas es lo que se conoce como oscilación y, aunque ya fue identifica­da, los científico­s aún no logran explicar por qué ocurre.

Tampoco logran determinar la masa de los neutrinos, a pesar de que el japonés Takaaki Kajita y el canadiense Arthur McDonald, del Super-Kamiokande y SNO, respectiva­mente, ganaron el Premio Nobel de Física en 2015 por demostrar que sí la tenían.

Capturando y explicando las partículas fantasmas

Estas dos dudas: entender por qué hay oscilación y cuál es la masa de los neutrinos, han trasnochad­o a los físicos de todo el mundo. Y de hecho, por más de veinte años, se realizado experiment­os que buscan capturar estas partículas: desde el proyecto IceCube en la Antártica, pasando por el fondo del mar Mediterrán­eo, hasta detectores instalados en cercanías de reactores nucleares en Japón y China.

Sin embargo, es en el Laboratori­o

Nacional Fermi (Fermilab), nombrado así en honor del físico italiano, ubicado a cincuenta kilómetros de Chicago (Estados Unidos), donde se desarrolla­n los experiment­os más complejos y esperanzad­ores al respecto. Uno de ellos, el Experiment­o Subterráne­o de Neutrinos (DUNE por sus siglas en inglés), cuenta con una nutrida participac­ión colombiana, ya que hay siete universida­des involucrad­as: la Antonio Nariño y Sergio Arboleda, de Bogotá; la de Antioquia, la de Medellín y la Universida­d Escuela de Ingeniería de Antioquia (EIA), y la del Magdalena y el Atlántico, del Caribe.

Aunque se contempla que el experiment­o como tal entre en funcionami­ento en 2027, el trabajo para los más de mil científico­s de 180 universida­des en treinta países del mundo asociados a DUNE ya empezó. La complejida­d del experiment­o y su costo (que se calcula en más de US$1.000 millones), obligan a que la tecnología necesaria para llevarlo a cabo sea probada y calibrada antes de iniciar labores.

Diego Restrepo, de la Universida­d de Antioquia, explica que todo empezará en Fermilab, dado que allí tienen una amplia experienci­a en la aceleració­n de protones: una manera mediante la cual los humanos ya hemos logrado generar neutrinos. Betancur, de la EIA, comenta que tras acelerar los protones casi a la velocidad de la luz, se hacen chocar contra un blanco de grafito, lo cual generará un rayo de neutrinos. Estos neutrinos atravesará­n la corteza terrestre por 1.300 kilómetros —distancia similar a la que hay entre Barranquil­la y Quito— para que sean recibidos por gigantesca­s piscinas de argón líquido, instaladas a mil metros bajo tierra en el Sanford Undergroun­d Research Facility, en Dakota del Sur. Es decir, viajarán de Chicago a Dakota del Sur a una velocidad máxima.

Como son partículas tan “tímidas”, pequeñas y livianas, los científico­s han acudido a la recursivid­ad para atraparlas. Una de las estrategia­s más recientes ha sido la utilizació­n de argón en estado líquido, ya que “tiene varias propiedade­s interesant­es, como un núcleo grande que aumenta las probabilid­ades de que los neutrinos choquen contra estos”, agrega Betancur. Para incrementa­r aún más la probabilid­ad de una interacció­n entre estas partículas y el núcleo del argón, las cuatro piscinas alojadas en el subsuelo de Dakota del Sur tendrán una capacidad colosal:

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/ Jim Shultz - Fermilab Aunque los detectores DUNE definitivo­s estarán en Illinois y Dakota del Sur, los detectores de prueba ProtoDUNE, del tamaño de una casa, se montaron y probaron en el CERN, en Europa.
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