"Estoy completamente seguro de que los neutrinos tienen masa"

Los neutrinos contin¨²an recibiendo el sobrenombre de part¨ªculas fantasma.Tal vez, como relata Yoji Totsuka (Fuji, Jap¨®n, 1942) porque quedan demasiados misterios por resolver o porque, debido a sus peculiares caracter¨ªsticas, todav¨ªa consiguen pasar desapercibidas a los ojos del m¨¢s perspicaz investigador. Uno de ellos, el gigantesco detector japon¨¦s de Kamioka, conocido como Super-Kamiokande, es el que m¨¢s informaci¨®n est¨¢ generando sobre unas part¨ªculas sobre las que est¨¢ en discusi¨®n si poseen o no masa y cual es su papel en el Universo. Varios experimentos en marcha y el inicio de las discusiones para la construcci¨®n del Hiper-Kamiokande, demuestran que el grave accidente de 2002 en ese laboratorio y que a punto estuvo de echar el cierre al proyecto fue tan s¨®lo un tropez¨®n para una investigaci¨®n que se proyecta al futuro sin plazo fijo. Totsuka, director del Observatorio de Kamioka, ha estado en Barcelona invitado por el Museo de la Ciencia de la Fundaci¨®n la Caixa.

"Sin conceptos dif¨ªcilmente se avanza o surgen nuevas tecnolog¨ªas"

"Sabemos que los neutrinos no tienen un papel determinante en el destino del universo"

Pregunta. ?Tienen los neutrinos efectivamente masa?

Respuesta. La respuesta es s¨ª. Estoy completamente seguro.

P. ?Por qu¨¦?

R. Existe un fen¨®meno, al que llamamos oscilaci¨®n, por el que los neutrinos cambian de un tipo a otro. Y eso s¨®lo es posible si tienen masa. En nuestro experimento en el Observatorio de Kamioka, as¨ª como en otras experiencias, tuvimos evidencias de estos cambios. En particular, entre los neutrinos procedentes del Sol y los producidos en la atm¨®sfera.

P. ?C¨®mo llegaron a detectar las oscilaciones?

R. Tras el experimento de 1998 comparamos el n¨²mero de neutrinos que llegaban al detector desde la atm¨®sfera y los que hab¨ªan atravesado el planeta desde el lado opuesto. Vimos s¨®lo el 50% de los neutrinos que sub¨ªan en relaci¨®n con los que bajaban. Los neutrinos que el detector capta en direcci¨®n ascendente, los del tau, son invisibles para nuestro detector, que s¨ª puede ver los electr¨®nicos y mu¨®nicos. Llegamos a la conclusi¨®n de que el neutrino mu¨®nico, a lo largo de este viaje de m¨¢s de 10.000 kil¨®metros a trav¨¦s de la Tierra, cambia a tau¨®nico. De ah¨ª que consideremos que forzosamente deben tener masa.

P. ?Corroboran esta conclusi¨®n los experimentos posteriores?

R. En el segundo experimento, iniciado en 1999, generamos neutrinos mu¨®nicos a trav¨¦s de nuestro acelerador y los lanzamos al detector a 250 kil¨®metros de distancia. De acuerdo con nuestros c¨¢lculos, el 30% de los del mu¨®n deber¨ªan convertirse en tau, de modo que el detector deber¨ªa captar el 70% de los neutrinos lanzados. Despu¨¦s de tres a?os todav¨ªa estamos analizando los resultados y los datos preliminares nos dan la certeza casi total de la existencia de la oscilaci¨®n. En un par de a?os estaremos en condiciones de dar una respuesta definitiva.

P. ?Qu¨¦ informaci¨®n esperan obtener en este tiempo?

R. Queda mucho por determinar, adem¨¢s de la masa. Hay otros par¨¢metros b¨¢sicos como las formas de conexi¨®n entre distintos tipos de neutrinos, en particular el electr¨®nico y el tau¨®nico, que est¨¢n por ver.

P. ?Es el actual cuello de botella detectar la oscilaci¨®n de los neutrinos?

R. El gran problema contin¨²a siendo el de obtener se?ales de los neutrinos. Como no interact¨²an con la materia, salvo en contadas ocasiones, la ¨²nica posibilidad de observarlos es usando detectores enormes. Super-Kamiokande emplea en su detector, de 40 metros de di¨¢metro y 42 de altura, 50.000 toneladas de agua pura situadas en una mina a mil metros de profundidad.

P. Si tienen masa. ?Qu¨¦ conceptos habr¨ªa que reescribir?

R. En primer lugar, la teor¨ªa de las part¨ªculas elementales, que predice que los neutrinos carecen de masa. Dado que adem¨¢s estamos viendo que esta masa es mucho m¨¢s peque?a que la de otras part¨ªculas como electrones o quarks, habr¨ªa que explicar este fen¨®meno con una nueva teor¨ªa. Muy probablemente, ambos descubrimientos, la masa y su tama?o, habr¨¢ que vincularlos a la Gran Teor¨ªa Unificada, que pretende reunir las interacciones fuertes, d¨¦biles y electromagn¨¦ticas.

P. Tambi¨¦n se habla de implicaciones a nivel cosmol¨®gico.

R. Antes de nuestros experimentos pens¨¢bamos que los neutrinos pod¨ªan ser part¨ªculas de la materia oscura y que, de alg¨²n modo, pod¨ªan determinar el destino de un Universo que se est¨¢ expandiendo y que no se sabe si seguir¨¢ haci¨¦ndolo o, en alg¨²n momento, empezar¨¢ a contraerse. Ahora creemos lo contrario, que pese a tener masa y estar ampliamente presentes en el universo, ni son part¨ªculas de materia oscura ni tienen un papel determinante.

P. ?Cu¨¢l ser¨ªa la explicaci¨®n?

R. Los neutrinos son part¨ªculas subat¨®micas neutras el¨¦ctricamente. Adem¨¢s, su masa es extraordinariamente peque?a y raramente interact¨²an con la materia. La atraviesan sin dejar huella. Por eso es tan dif¨ªcil verlos o detectarlos. No afectan a nuestro cuerpo ni a ning¨²n material a pesar de que cada segundo recibimos 66.000 millones de neutrinos por cent¨ªmetro cuadrado procedentes del Sol. No es esperable que influyan en el cosmos.

P. Ha mencionado que se pueden generar neutrinos experimentalmente. ?De qu¨¦ modo?

R. El Sol o las estrellas son las fuentes naturales, pero tambi¨¦n los reactores nucleares pueden generarlos. En Kamioka detectamos neutrinos procedentes de una central nuclear situada a 670 kil¨®metros de distancia. Los generados por el Sol son de tipo electr¨®nico, mientras que en los reactores nucleares se generan antipart¨ªculas, es decir, neutrinos del antielectr¨®n. Curiosamente, el reactor ITER, que emula la reacci¨®n termonuclear de las estrellas, no producir¨¢ neutrinos.

P. Dada su presencia en el Universo, ?los neutrinos pueden contar algo acerca del origen del universo y del Big Bang?

R. En el futuro probablemente s¨ª. Si el Big Bang provoc¨® neutrinos, deber¨ªa haber much¨ªsimos dispersos en cualquier parte del universo. Pero como no interact¨²an con la materia, ni aunque llen¨¢semos el universo de plomo podr¨ªamos detectarlos. Necesitamos una idea completamente nueva para dar con ellos.

P. En definitiva, que aunque la existencia de los neutrinos ya se predijo en los a?os treinta del siglo pasado, todav¨ªa queda por ver su aut¨¦ntica naturaleza.

R. Por eso les llamamos part¨ªculas fantasma. Y aunque quedan muchos misterios por desvelar, conocemos ya la existencia de al menos tres tipos, hemos descubierto dos tipos de oscilaciones y sabemos de la existencia de un par¨¢metro b¨¢sico que podr¨ªa ayudar a explicar por qu¨¦l universo est¨¢ formado de materia y no de antimateria.

P. ?Super-Kamiokande ayudar¨¢ a resolver estos misterios?

R. No somos lo suficientemente listos para asegurarlo. Por ello estamos pensando ya en Hiper-Kamiokande, un detector de un mill¨®n de toneladas de peso. Ahora est¨¢ en fase de discusi¨®n, por su alto coste, estimado en m¨¢s de 400 millones de d¨®lares. Esperamos que en los pr¨®ximos 10 a?os empiece a construirse.

P. ?Y c¨®mo le cuentan este proyecto a la gente de la calle?

R. La ciencia b¨¢sica esculpe los fundamentos de la tecnolog¨ªa y ¨¦sta emerge a los 50 o 100 a?os del descubrimiento de un concepto. Lo que decimos es que ahora estamos estudiando un nuevo concepto y que no sabemos d¨®nde nos va a llevar. Pero sin conceptos dif¨ªcilmente se avanza o surgen nuevas tecnolog¨ªas. Es la mejor respuesta que se me ocurre.