De seguro hay (al menos) tres y cambian entre ellos

Pues sí, tenemos la seguridad de que existen tres neutrinos. Al menos es así como los hemos categorizado o clasificado. Hay un neutrino por cada leptón cargado: neutrino electrónico, neutrino muónico (o del muón) y neutrino tauónico (o del tau). Es lo que llamamos sabores. Permítaseme, además, hacer otra distinción: estos tres tipos de neutrinos son los que llamamos “activos”, para distinguirlos de otros (posibles) neutrinos denominados “estériles”, mucho más difíciles de observar, más esquivos y más misteriosos que los primeros. Ya Diego hizo un comentario sobre ellos (los estériles) y, ciertamente, se merecen todo un post dedicado a ellos, pero este no lo es. Es una tarea que prometo hacer pronto, es un compromiso adquirido.

En esta ocasión quiero llamar la atención de los lectores sobre un reciente resultado experimental de gran interés para la física de neutrinos. Es probable que hayan oído o leído sobre el experimento llamado OPERA. Se hizo célebre porque en Septiembre de 2011 reportó una medida de la velocidad de los neutrinos que parecía ser mayor que la de la luz. La medición resultó ser producto de un error experimental y no un verdadero efecto físico, pero mientras se descubrió tal error, el resultado causó mucho revuelo en la comunidad científica, más allá de los físicos especializados en neutrinos.

Vista del detector OPERA. Tomada de [1].


Sin embargo, para quienes nos especializamos en el estudio de los neutrinos, OPERA es muy importante, pues “fue diseñado para llevar a cabo la prueba más directa del fenómeno de oscilación de neutrinos” [1], fenómeno en el cual un neutrino de un sabor determinado, se transforma en un neutrino de otro sabor diferente después de recorrer una cierta distancia.

Es cierto que OPERA no es el único programa experimental que tiene ese objetivo, pero sí es el único que ha estado buscando directamente la transformación de neutrinos del muón en neutrinos del tau. Pues lo hermoso de todo esto y el motivo de este artículo, es que OPERA reportó recientemente que ha observado el tercer evento de oscilación de neutrinos, específicamente del tipo que ha buscado: νμ ντ. Resulta sorprendente que sea apenas la tercera vez que detectan este evento, teniendo en cuenta que han tomado datos entre 2008 y 2012. Sin embargo, el punto es que esta transformación es la más intrincada de observar por la enorme dificultad que conlleva la observación del leptón cargado asociado, es decir, el tau.

El detector OPERA recibe un haz de neutrinos muónicos que han viajado en línea recta desde el CERN, en la frontera franco-suiza, hasta su locación al interior de la montaña Gran Sasso. Como los neutrinos interactúan muy pero muy poco con cualquier tipo de materia, en su viaje a través de la Tierra no sufren ninguna desviación ni perturbación, de manera que una altísima cantidad de neutrinos muónicos llegan, efectivamente al detector de OPERA. Si se observan neutrinos de otro sabor, entonces se puede decir que se ha presentado una oscilación.

The Neutrino Beam

El haz de neutrinos desde el CERN hasta el detector de OPERA. Tomada de [1].

Pero la pregunta que surge es la siguiente: ¿y en qué sabor de neutrino se transforma el neutrino originalmente muónico? Pues bien, la oscilación de neutrinos, siendo puramente debida a la mecánica cuántica, es un fenómeno probabilístico que depende, entre otras cosas, de la energía del neutrino original y de la distancia recorrida por el mismo. (Entre otras cosas, digo, porque hay otros parámetros importantes, pero me permitiré no entrar en más detalles por el momento.) Así, con una cierta probabilidad, los neutrinos muónicos se transforman en neutrinos tauónicos, solo que para que esta transformación sea efectivamente observada, debe detectarse un leptón de sabor tau, y esta es la parte complicada ya que este leptón tiene la propiedad de decaer muy rápidamente, haciendo extremadamente difícil su identificación. Como lo dice el Profesor Matt Strassler, “los taus falsos son comunes […]“, por lo cual la búsqueda de taus es mucho más compleja que la de electrones o muónes.

Es por esto que la noticia es tan relevante e interesante. El arduo trabajo de la Colaboración OPERA ha rendido frutos y nos provee de información que nos permite confirmar el hecho de que los neutrinos oscilan, de que el fenómeno es real, físico. Es una evidencia de oscilaciones en el canal νμ→ ντ  en el modo de aparición [3] (es decir, aparición de un neutrino de un sabor en un haz de neutrinos de otro sabor). Es una ratificación de que vamos por el camino correcto en nuestro contínuo deseo por entender la naturaleza a nuestro alrededor.

¿No es hermoso? Para mí lo es.

[1] The OPERA Home Page, http://operaweb.lngs.infn.it/

[2] http://www.ipp.phys.ethz.ch/research/OPERA

[3] INFN Press Release, http://operaweb.lngs.infn.it/spip.php?article58

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