07 Oct Nobel de Física: para científicos que detectaron a camaleones del cosmos
Como detectives que develan el truco de magia de un ilusionista, el canadiense Arthur Mc Donald y el japonés Takaaki Kajita recibirán este año el Nobel de Física por haber resuelto un enigma que desde hacía décadas inquietaba a los científicos.
Liderando vastas colaboraciones internacionales y empleando gigantescos tanques con detectores enterrados miles de metros por debajo de la superficie terrestre, Kajita y luego Mc Donald demostraron que los neutrinos, que se encuentran entre las partículas más extrañas del zoológico subatómico, eran capaces de “cambiar de identidad” en sus viajes a través del universo y que, por lo tanto, tienen masa. La conclusión obliga a revisar el modelo estándar de la materia.
“Como físicos experimentales, estamos felices -dice María Teresa Dova, investigadora del Conicet en la Universidad Nacional de La Plata-. Se trata de colaboraciones internacionales y de experimentos extraordinarios, porque detectar neutrinos es dificilísimo.”
“El Nobel de 2014 fue para un aporte significativo al bienestar humano: la tecnología LED, que consume menos energía -opina Osvaldo Civitarese, también investigador del Conicet y de la UNLP-. El de este año vuelve a la física básica, a gente que está trabajando en esto desde los 20 o 25 años y que finalmente recibe el reconocimiento. Es muy estimulante para los jóvenes.”
Los neutrinos son las partículas más abundantes del universo después de los fotones. Fueron creados en grandes cantidades en el Big Bang y surgen continuamente en las entrañas del Sol y las estrellas, en los reactores nucleares y en las colisiones de partículas de muy alta energía (por ejemplo, cuando llegan rayos cósmicos y chocan contra la atmósfera terrestre), explica Esteban Roulet, investigador del Conicet en el Centro Atómico Bariloche. Durante mucho tiempo se pensó que no tenían masa.
En la década de 1910, luego del descubrimiento de la radiactividad, se vio que cuando los núcleos atómicos emitían electrones parecía violarse la ley de conservación de la energía.
“Los físicos buscaban bajo la alfombra de sus oficinas, bajo las piedras del jardín de sus institutos, sin encontrar la energía faltante -bromea Fidel Shaposnik, investigador de la UNLP-. Finalmente, en 1930, Wolfgang Pauli propuso la existencia de partículas que eran emitidas junto con los electrones, pero que no podrían ser detectadas por ser extremadamente livianas y no tener carga eléctrica. Eran por ello prácticamente «invisibles» para los métodos de medida de la época.”
Fue Enrico Fermi, premio Nobel 1938, el que le puso nombre a esta molto piccola particella neutra. La bautizó con un diminutivo italiano, “neutrino”.
“El modelo de Fermi había puesto carnadura a la idea de Pauli: la piccola particella era la que se llevaba la energía faltante. Había que buscar bajo la alfombra para encontrarla”, agrega.
Tras la confirmación experimental de su existencia, en 1956 (por Clyde Cowan y Frederick Reines, que recibieron el Nobel treinta años más tarde), se siguió investigando para conocerlos en detalle.
Se descubrió, por ejemplo, que había tres tipos: neutrinos asociados con el electrón, con el muón y con la partícula tau. En 1964, Murray Gell-Mann (Nobel 1969) introdujo el concepto de flavor (sabor) para distinguir propiedades de algunas partículas. Pero había un dato intrigante. Formulando un modelo del flujo de neutrinos desde el Sol, “se podía predecir cuántos llegaban a la Tierra, pero cuando se medía -detalla Dova-, llegaban menos que los que salían”.
Liderando equipos de más de un centenar de investigadores cada uno, Takaaki Kajita y Arthur Mc Donald pudieron mostrar que la desaparición podía explicarse por la conversión de neutrinos de un tipo en otro.
“Como cuando un mago encierra a una persona del público en una cabina y, al abrir la puerta, en su lugar aparece su bella ayudante -ilustra Shaposnik-, los neutrinos con un sabor «desaparecen» para reaparecer con otro. Esas oscilaciones sólo pueden ser ciertas si los neutrinos tienen una masa que no es cero (como sí lo es la masa de los fotones, que forman la luz).”
En 1998, Kajita, profesor de la Universidad de Tokio, logró por primera vez detectar neutrinos que cambiaban de sabor. Lo hizo empleando un gran tanque de agua muy pura enterrado en una mina de zinc mil metros por debajo de la superficie, con detectores sensibles al centelleo que se produce cuando los neutrinos son dispersados por protones del hidrógeno.
El hallazgo fue confirmado tres años más tarde por Mc Donald y su grupo en el Observatorio de Neutrinos de Sudbury, en Canadá. Ellos utilizaron un tanque ubicado a dos kilómetros por debajo de la superficie, lleno de agua pesada (en la que cada átomo de hidrógeno tiene un neutrón de más en su núcleo).
Arthur Mc Donald recibió la llamada del comité de la Academia de Ciencias desde Estocolmo a las cinco de la mañana. Después de admitir que lo primero que había hecho fue abrazar a su mujer, se consideró afortunado de su contribución trascendente a la física.
“Los neutrinos son, junto con los quarks y los electrones, partículas fundamentales que no pueden subdividirse -explicó-. Son muy difíciles de detectar y, por lo tanto, sus propiedades no se conocieron durante muchos años. Se nos presentó la oportunidad de hacer una medición que logramos (…) construyendo un detector del tamaño de un edificio de diez pisos a dos kilómetros y medio de profundidad. Y así obtuvimos un resultado claro de que los neutrinos cambian de un tipo al otro. (…) Es irónico que para observar el sol haya que descender kilómetros bajo tierra.”
Más parco, Kajita, por su parte, reconoció sentirse orgulloso de extender las fronteras de la física.
Ambos científicos compartirán el premio, que este año ronda los 960.000 dólares.
Takaaki Kajita
Testigo de la metamorfosis de las partículas
Nació en 1959, en Higashimatsuyama, Japón. Estudió en la Universidad de Saitama y se doctoró en la de Tokio. Desde 1988, trabaja en el Instituto para Investigaciones en la Radiación Cósmica. Es director del Centro de Investigación en Neutrinos
Arthur Mc Donald
Queen’s University, Kingston, Canadá
“Es divertido una vez que lo lográs”
Nació en 1943, en Sydney, Nueva Escocia. Entre 1970 y 1982, fue investigador de los Chalk River Nuclear Laboratories. Hasta 1989, fue profesor de Física de la Universidad de Princeton. Integra el Instituto Perimeter para Física Teórica
LA NACIÓN