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Física

Fantasmas debajo de la tierra

Detectores acompañan la desaparición de las partículas más abundantes del Universo

Es necesario quedarse tres minutos dentro de un elevador en una oscuridad total y descender 710 metros hasta llegar al fondo de una antigua mina de hierro del centro este de los Estados Unidos llamada soydan, transformada en un laboratorio de física de altas energías. Tan pronto como se deja el elevador ya se puede ver, a la izquierda, el equipamiento principal: un detector de partículas formado por 486 láminas octogonales de acero puro, alineadas como rebanadas  de un pan de molde, con 7,6 metros cada una. Ese detector de casi 6 mil toneladas funciona en sintonía con otro, un poco menor, con 282 láminas de acero y mil toneladas, a 750 kilómetros de distancia y 105 metros de profundidad  ambos forman uno de los experimentos del Laboratorio Acelerador Nacional Fermi (Fermilab), próximo a la ciudad de Chicago. Los resultados iniciales de esos equipamientos, cogidos después de un año de operación y examinados por un grupo de físicos, incluyendo brasileños, presentan aspectos cruciales del comportamiento de partículas sin las cuales el Sol no podría brillar: Los neutrinos. Son uno de los componentes más abundantes del Universo  cada metro cúbico contiene mil millones de neutrinos y apenas 1 protón, otro tipo de partícula, de masa mucho mayor y aún se forma en todo momento en el interior del Sol cuando los átomos de helio se funden con los de hidrógeno.

Los detectores del Minos, sigla de Busca de las Oscilaciones de Neutrinos. Usando el Inyector Principal, comprobaron que los neutrinos desaparecen, como experimentos hechos en el Japón ya habían indicado, y fueron un poco más allá, mostrando cuanto desaparecen. En algunos meses, cuando el análisis de datos esté concluido, tal vez sea posible saber en que otras formas esas partículas eléctricamente neutras pueden transformarse. Hay tres tipos de neutrinos, cada uno de ellos asociado a una partícula eléctricamente cargada: el neutrino del múon, el neutrino del tau y el neutrino del electrón. Los resultados preliminares sugieren que los neutrinos del múon deben convertirse en neutrinos del tau con una probabilidad centenas de veces mayor del que se transformarían en neutrinos del electrón, de acuerdo con Carlos Escobar, profesor de la Universidad de Campinas (Unicamp) que integra el grupo de análisis de los resultados, al lado de Philippe Gouffon, de la Universidad de São Paulo (USP). Del Minos participan también físicos de Francia, de los Estados Unidos, de Grecia, del Reino Unido y de Rusia.

Los neutrinos del múon estudiados en ese experimento se formaron a partir de la colisión de protones con un blanco de grafito en el interior de un tubo con 1 kilómetro de extensión, el NuMi, sigla de Neutrino del Inyector Principal. Atravesaron sin ningún esfuerzo una barrera de 200 metros de roca y encontraron el detector más próximo de la superficie. Pasaron por allá cientos de miles de neutrinos, pero la mayoría se dispersó, viajando por debajo de la tierra, y 2,5 milisegundos después sólo 92 neutrinos llegaron a la antigua mina de hierro. Llegarían 177 si no hubiese oscilación, dice Escobar (oscilación es la transformación de un tipo de neutrino en otro). Si los neutrinos desaparecieron, agrega Gouffon, la única explicación es que haya ocurrido un cambio de identidad.

Para los físicos, ese fenómeno es una clara demostración de la masa de los neutrinos, sobre la cual hasta recientemente aún había dudas, ya que las partículas de un tipo sólo pueden convertirse en otra si presentan masas y energías diferentes. Experimentos hechos el año pasado en Canadá y en el Japón demostraron que los neutrinos tienen una masa 500 mil veces menor que la del electrón. La masa de esas partículas y las metamorfosis por que pasan pueden estar ligadas al origen de los protones, de los electrones y de todos los otros elementos fundamentales de la materia. Por lo tanto, la masa del neutrino puede precisamente explicar nuestra existencia, comentó Hitoshi Murayama, físico de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos, en un artículo de la Physics World.

Es muy bueno ver que el Minos ya está produciendo resultados importantes, apenas un año después de haber entrado en operación, dijo Píer Oddone, director del Fermilab, al anunciar esos descubrimientos, en la tarde del 30 de marzo. Los resultados del Minos, con apenas un año de operación, nos hacen la boca agua, dice Escobar. Pero a la satisfacción se suma una buena dosis de preocupación: no hay garantía de que sea atendida la reivindicación de los especialistas en neutrinos para que sea instalado en el Minos un haz de partículas con 4 megawatts, visto como indispensable para permitir un avance real en las investigaciones (los experimentos actuales fueron hechos con un haz  de 140 kilowatts).

Otros equipos del Fermilab también viven la perspectiva de cortes del presupuesto en razón del interés de los Estados Unidos en participar, del mejor modo posible, del proyecto de un super-acelerador, el Colisor Linear Internacional (ILC). Escobar sabe, sin embargo, que, una vez hecha la selección, las 2.300 personas que trabajan en el Fermilab van nuevamente a unirse al rededor de objetivos comunes. En el Fermilab hay competencias  entre grupos, dice él, pero no luchas fratricidas como en Brasil.

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