Cada segundo de cada día, estás siendo bombardeado por billones y billones de partículas subatómicas, cayendo desde las profundidades del espacio. Soplan a través de ti con la fuerza de un huracán cósmico, explotando a casi la velocidad de la luz. Vienen de todas partes del cielo, en todo momento del día y de la noche. Penetran en el campo magnético de la Tierra y en nuestra atmósfera protectora como mucha mantequilla.
Y, sin embargo, el cabello en la parte superior de tu cabeza ni siquiera está despeinado.
¿Que esta pasando?
Poco neutral
Estas pequeñas balas se llaman neutrinos, un término acuñado en 1934 por el brillante físico Enrico Fermi. La palabra es vagamente italiana para "pequeño neutral", y su existencia fue hipotetizada para explicar una reacción nuclear muy curiosa.
A veces los elementos se sienten un poco ... inestables. Y si se quedan solos durante demasiado tiempo, se desmoronan y se transforman en algo más, algo un poco más ligero en la tabla periódica. Además, saldría un pequeño electrón. Pero en la década de 1920, las observaciones cuidadosas y detalladas de esas caries encontraron discrepancias pequeñas y molestas. La energía total al comienzo del proceso era un poquito mayor que la energía que salía. Las matemáticas no cuadraron. Impar.
Entonces, algunos físicos inventaron una partícula completamente nueva de tela entera. Algo para llevarse la energía faltante. Algo pequeño, algo ligero, algo sin cargo. Algo que podría pasar desapercibido por sus detectores.
Un poco neutral. Un neutrino
Le tomó otras dos décadas confirmar su existencia, así de resbaladizos, astutos y astutos son. Pero en 1956, los neutrinos se unieron a la creciente familia de partículas conocidas, medidas y confirmadas.
Y luego las cosas se pusieron raras.
Sabor favorito
El problema comenzó a gestarse con el descubrimiento del muón, que casualmente ocurrió casi al mismo tiempo que la idea de los neutrinos comenzaba a ganar terreno: la década de 1930. El muón es casi exactamente como un electrón. Misma carga. Mismo giro. Pero es diferente de una manera crucial: es más pesado, más de 200 veces más masivo que su hermano, el electrón.
Los muones participan en sus propios tipos particulares de reacciones, pero no tienden a durar mucho. Debido a su impresionante volumen, son muy inestables y se descomponen rápidamente en chubascos de bits más pequeños ("rápidamente" aquí significa dentro de un microsegundo o dos).
Eso está muy bien, entonces, ¿por qué los muones forman parte de la historia de los neutrinos?
Los físicos notaron que las reacciones de descomposición que sugerían la existencia del neutrino siempre tenían una salida de electrones, y nunca un muón. En otras reacciones, saldrían muones, y no electrones. Para explicar estos hallazgos, razonaron que los neutrinos siempre coincidían con los electrones en estas reacciones de descomposición (y no con ningún otro tipo de neutrino), mientras que el electrón, el muón debe emparejarse con un tipo de neutrino aún no descubierto ... Después de todo, el electrón -neutrino amigable no podría explicar las observaciones de los eventos muon.
Y así continuó la caza. Y en. Y en. No fue hasta 1962 que los físicos finalmente lograron bloquear el segundo tipo de neutrino. Originalmente se denominó "neutretto", pero prevalecieron cabezas más racionales con el esquema de llamarlo muón-neutrino, ya que siempre se combinaba en reacciones con el muón.
El camino del tao
Bien, entonces dos neutrinos confirmados. ¿La naturaleza tenía más para nosotros? En 1975, los investigadores del Centro Acelerador Lineal de Stanford examinaron valientemente montañas de datos monótonos para revelar la existencia de un hermano aún más pesado para el electrón ágil y el muón fuerte: la descomunal tau, registrando una enorme masa de 3.500 veces la masa del electrón. . Esa es una gran partícula!
Entonces, la pregunta se convirtió inmediatamente: si hay una familia de tres partículas, el electrón, el muón y la tau ... ¿podría haber un tercer neutrino para emparejarse con esta nueva criatura?
Tal vez tal vez no. Tal vez solo hay dos neutrinos. Tal vez hay cuatro. Tal vez 17. La naturaleza no ha cumplido exactamente nuestras expectativas antes, así que no hay razón para comenzar ahora.
Saltando sobre muchos detalles horripilantes, a lo largo de las décadas, los físicos se convencieron a sí mismos utilizando una variedad de experimentos y observaciones de que un tercer neutrino debería existir. Pero no fue hasta el final del milenio, en 2000, que un experimento específicamente diseñado en Fermilab (llamado humorísticamente el experimento DONUT, para Observación Directa del NU Tau, y no, no estoy inventando eso) finalmente consiguió suficientes avistamientos confirmados para reclamar correctamente una detección.
Persiguiendo a los fantasmas
Entonces, ¿por qué nos importan tanto los neutrinos? ¿Por qué los hemos estado persiguiendo durante más de 70 años, desde antes de la Segunda Guerra Mundial hasta la era moderna? ¿Por qué las generaciones de científicos han estado tan fascinados por estos pequeños y neutrales?
La razón es que los neutrinos continúan viviendo fuera de nuestras expectativas. Durante mucho tiempo, ni siquiera estábamos seguros de que existieran. Durante mucho tiempo, estuvimos convencidos de que estaban completamente sin masa, hasta que los experimentos descubrieron molestamente que debían tener masa. Exactamente "cuánto" sigue siendo un problema moderno. Y los neutrinos tienen este molesto hábito de cambiar de carácter a medida que viajan. Así es, ya que un neutrino viaja en vuelo, puede cambiar las máscaras entre los tres sabores.
Incluso podría haber un neutrino adicional por ahí que no participe en las interacciones habituales, algo conocido como el neutrino estéril, que los físicos buscan ansiosamente.
En otras palabras, los neutrinos desafían continuamente todo lo que sabemos sobre física. Y si hay una cosa que necesitamos, tanto en el pasado como en el futuro, es un buen desafío.
Paul M. Sutter es astrofísico en La universidad de estado de Ohio, gran cantidad de Pregúntale a un astronauta y Radio espacialy autor de Tu lugar en el universo.
