Los neutrinos ya son un poco menos esquivos: el Super-Kamiokande japonés tiene una nueva arma para «capturarlos», el gadolinio

Los neutrinos son las partículas más esquivas de la naturaleza. Fueron descritos por primera vez desde un punto de vista teórico en la década de los '30 por Wolfgang Pauli, uno de los padres de la Física Cuántica (le debemos, entre otras aportaciones, el conocido como Principio de exclusión). Sin embargo, su descubrimiento experimental se produjo dos décadas y media más tarde, a mediados de los años '50.

Hay una razón contundente que explica por qué estas partículas son tan difíciles de detectar: apenas interaccionan con la materia ordinaria. Además, su masa es pequeñísima, su carga eléctrica es neutra y no se ven influenciados por la interacción nuclear fuerte ni por la fuerza electromagnética, aunque sí por la gravedad y la interacción nuclear débil. No cabe duda de que son unas partículas muy especiales.

Sería necesario fabricar una plancha de plomo con un espesor de un año luz para conseguir que la mitad de los neutrinos que la atraviesan colisione

Los científicos suelen ilustrar lo difícil que es capturar un neutrino explicando que cada segundo varios trillones de estas partículas atraviesan tanto la Tierra como a nosotros sin colisionar con ninguna otra partícula (aunque, como veremos más adelante, en realidad unos pocos sí colisionan).

También se puede ilustrar lo esquivos que son recurriendo a la mecánica cuántica, que asegura que sería necesario fabricar una plancha de plomo con un espesor de un año luz (9,46 × 10¹² km) para conseguir que la mitad de los neutrinos que la atraviesan colisione con las partículas del bloque de plomo. Sin embargo, a pesar de lo escurridizos que son, tenemos varios observatorios que son capaces de detectarlos. Uno de ellos es el auténtico protagonista de este artículo.

El Super-Kamiokande tiene una baza inesperada: el gadolinio

Super-K, que es como se conoce habitualmente al Super-Kamiokande japonés, es una auténtica mole. Este observatorio está situado en Hida, una ciudad ubicada en el área central de Honshu, la mayor isla del archipiélago japonés. Está construido en una mina, a 1 km de profundidad, y mide 40 metros de alto y otros 40 metros de ancho, lo que le da un volumen parecido al de un edificio de quince pisos (si queréis conocerlo con más detalle os sugiero que echéis un vistazo al profundo artículo que le dedicamos en exclusiva).

En su interior se acumulan nada menos que 50.000 toneladas de agua con una pureza extrema rodeadas por 11.000 tubos fotomultiplicadores, que, sin entrar en detalles complejos, son los sensores que nos permiten «ver» los neutrinos (explicamos el funcionamiento de esta obra de ingeniería con todo detalle en el artículo que he enlazado en el párrafo anterior). Lo que realmente somos capaces de observar es la radiación Cherenkov que generan los neutrinos al pasar por el agua.

Lo curioso, y esta es la auténtica novedad, es que los científicos que trabajan en el interior de Super-K han descubierto que utilizando un agua un poco menos pura pueden observar neutrinos que han recurrido una distancia mayor, y que, por tanto, proceden de supernovas más antiguas. La «impureza» que han añadido al agua es el gadolinio, un elemento químico que pertenece al grupo de las tierras raras, y que, si se incorpora en la proporción adecuada, incrementa de una forma importante la sensibilidad del detector.

Hace solo unos días, durante el pasado mes de julio, los investigadores que trabajan en Super-K añadieron al agua de gran pureza del observatorio 13 toneladas de un compuesto de gadolinio, por lo que la concentración total de este elemento es del 0,01%. Justo la necesaria, según estos técnicos, para amplificar la señal de los neutrinos más débiles y poder observarlos.

¿Para qué tanto esfuerzo? ¿Por qué tanto empeño en estudiar una partícula tan esquiva? Sencillamente, porque los neutrinos son una herramienta esencial que puede proporcionarnos mucha información acerca de las supernovas, que son esas explosiones tan violentas que se producen en aquellas estrellas que en un momento dado son incapaces de soportar la presión de degeneración de los electrones, entre otros posibles orígenes. Y este conocimiento es vital para entender mejor cuál es la estructura del Universo. No es fácil superar este propósito, ¿verdad?

Imagen de portada | Universidad de Tokio
Vía | Universidad de Tokio