El problema dels neutrins solars

Ja us vaig parlar a aquest article dels neutrins (si no ho heu llegit
i no sabeu qué són els neutrins, feu-lo abans de continuar). El
descobriment d’aquestes partícules va tenir immediates implicacions
astronòmiques. El Sol (i altres estrelles, naturalment), en el curs de
les reaccions nuclears que porta a terme, produeix quantitats enormes
de neutrins.

[@more@]

Una curiositat. Us recordo que els fotons (la llum) circulen a 300.000 km/s. Doncs bé, els fotons que es produeixen en els interiors estel·lars triguen una mitjana d’un milió d’anys en travessar la part radiant i un mes a travessar els 200.000 km de la zona convectiva, utilitzant tan sols 499,0047818 segons a fer la distància que separa la Terra del Sol. No es tracta que els fotons viatgin més ràpidament ara, sinó que a l’exterior del Sol el camí dels fotons no es veu obstaculitzat pels continus canvis, xocs, zigzagueixos i turbulències que experimentaven a l’interior del mateix (hi ha una meravellosa assignatura en la carrera de Ciències Físiques que es diu Física Estel·lar on s’expliquen aquestes i altres moltes coses).

Tot al contrari succeeix amb els neutrins. Com gairebé no reaccionen amb la matèria, travessen el Sol com si no existís, arriben a la seva superfície del mateix en uns dos o tres segons i si es mouen en direcció cap a nosaltres, triguen poc més de vuit minuts a arribar a la Terra a la qual travessen per bilions. Ocasionalment, alguns poden ser detectats i a partir d’aquestes deteccions podem obtenir informació del que passa a l’interior del Sol.

Un mètode de detecció de neutrins que vaig apuntar és que un isòtop del clor, anomenat clor-37 (17 protons i 20 neutrons) pot absorbir un neutrí per transformar-se en argó-37 (18 protons i 19 neutrons), que és radioactiu. Aquest procés va ser suggerit per Bruno Pontecorvo (la wikipedia diu que va ser Raymond Davis en 1967, però Isaac Asimov ho diu com aquí exposo).

Tenim un problema: necessitem molts àtoms de clor i aquest és un gas. Només pot tenir-se en grans quantitats fent grans pressions o en en estat líquid a baixes temperatures. Per sort, hi ha una altra manera de tenir molts àtoms de clor en condicions atmosfèriques i és mitjançant tetracloretilè o percloretilè.

No us deixeu impressionar pel nom: és un líquid d’ús habitual en tintoreria.

Doncs bé, quan arriben els neutrins, alguns d’ells encertaran en els nuclis de clor i generaran petites quantitats d’argó que podran separar-se químicament mitjançant altres processos. D’altra banda, i per evitar un altre tipus de reaccions inesperades, per exemple a causa dels raigos còsmics, radiació ambiental, etc., hem de posar tot el dispositiu en un lloc amb garanties que només arribaran els neutrins. Per exemple, en mines sota terra. Les partícules i les radiacions seran parades per la matèria, però els neutrins la travessaran com si no existís. No deixa de ser curiós que per observar processos del interior del Sol hàgim d’ocultar l’instrument d’observació sota terra. D’altra banda, penseu que aquest artefacte està dissenyat per observar coses molt llunyanes i per això és, en el fons, un telescopi. Seria un "telescopi de neutrins".

Frederick Reines, premi Nobel de Física en 1995, va posar un dipòsit amb tetracloretilè en una mina d’or sud-africana, a més de 3 km de profunditat. En 1965, després de quatre mesos d’observació, va informar de la detecció de 7 neutrins. En 1968, el físic nord-americà Raymond Davis (el mateix al qual es refereix la wikipedia i premi Nobel de física de 2002) va posar una trampa de neutrins encara més complexa en una mina de Lead, Dakota del Sud. Era un dipòsit de 15 metres de llarg i 6 d’ample que contenia 380.000 litres de tetracloretilè.

Sí, es van detectar neutrins solars, però molts menys dels quals esperaven. O bé fallaba el telescopi de neutrins o bé calia fer una revisió de la teoria dels processos que es donaven a l’interior del Sol. No podeu imaginar la quantitat d’explicacions que els astrofísics han intentat donar a aquests resultats: que si neutrins taquiònics (més ràpids que la velocitat de la llum), nous models solars (variant condicions solars que deixarien de coincidir amb altres teories molt ben assentades) i la teoria estrella: les oscil·lacions neutrínicas.

Avui dia s’accepta l’existència de tres classes de neutrins, també nomenades sabors: l’electrònic, el muònic i el tauònic (observat per primera vegada en 1998). Cadascun d’ells apareix només en reaccions on jugui la partícula que li dóna nom (l’electró, el muó i el tauó o partícula tau). Per exemple, els pions es desintegren en muons i en neutrins muònics, però mai neutrins electrònics. Els neutrins muònics poden interaccionar amb la matèria per produir muons, però mai electrons. Els neutrons decauen en electrons i neutrins electrònics. Els neutrins electrònics interaccionarían amb la matèria per produir electrons, però mai muons, etc.

Els dissenys experimentals que utilitzen els físics només detecten un tipus de neutrí i els altres dos tipus (en cas d’haver-hi) s’escaparien. Del Sol coneixem els neutrins electrònics que deurien produir-se. Detectar menys neutrins dels esperats i saber que hi ha tres sabors de neutrins ha portat als físics a postular que els neutrins poden, en certes condicions, canviar d’un sabor a un altre. D’aquest fenomen en diuen "oscil·lacions neutríniques". Si s’emet una determinada quantitat de neutrins electrònics, podria succeir que degut a les oscil·lacions neutríniques, algun percentatge d’ells canviés en gust i no ho detectaríem, cosa que podria explicar aquest dèficit de neutrins.

Ja podreu imaginar com els astrofísics s’han volcat a aquesta teoria per explicar els seus resultats i a fer de tota mena d’experiments per intentar detectar-los.

Es planteja la següent idea: alguns acceleradors de partícules podrien enviar neutrins a laboratoris amb detectors en diferents punts de la Terra (recordo que la Terra és transparent per a ells) i d’aquesta manera, coneixent la quantitat emesa, intentaria quadrar-se amb la quantitat detectada. Seria una bona forma d’obtenir evidències a favor de les oscil·lacions neutríniques, no trobeu?

El 14 d’agost de 2003 es va iniciar el projecte MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search). L’agost de 2004 van generar neutrins muònics en el Fermilab en quantitats conegudes i els van enviar a detectors situats en diferents parts de la Terra (com EUA a una mina de ferro abandonada de Soudan, Minnesota) per veure si es donaven aquestes oscil·lacions neutríniques.

El 30 de març de 2006 una col·laboració internacional de científics en el Fermilab van anunciar que realment van detectar una desaparició de neutrins muònics, per la qual cosa la teoria de les oscil·lacions neutríniques sembla certa. No obstant això, encara sabem massa poc. Un bonic tema d’investigació.

Tot el que us he explicat es coneix com "El problema dels neutrins solars".

És graciós recordar que quan el Reines i el Cowan (els primers a detectar neutrins) passaven dels 60 anys d’edat van proposar a Los Alamos un experiment per provar les diferències entre els neutrins electrònics i muònics rebent la següent resposta del director d’aquest important laboratori:

– Hey!, nois, vostès ja van tenir suficient diversió, facin alguna cosa de profit.

Ara que ja coneixeu el problema, puc explicar-vnos la part graciosa de la història. El físic Frank Press va ser conseller científic de l’expresident dels estats Units Jimmy Carter (premi Nobel de la Pau en 2002). Un matí, quan estava al seu despatx, va rebre una llamada de Carter perquè havia llegit en el diari el següent titular: "Arriben del Sol menys neutrins dels esperats". El president, preocupat, li va preguntar: "¿Podem fer alguna cosa?".

Font:
http://historias-de-la-ciencia.bloc.cat/post/1052/89791

Quant a omalaled

Me llamo Fernando y soy un apasionado de la ciencia y admirador de los científicos y ténicos de todas las épocas. Espero disfrutéis sabiendo un poquito más de ellos.
Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

2 respostes a El problema dels neutrins solars

  1. Trena diu:

    Huàs… “podem fer alguna cosa?”!!! És boníssim!

    Hauré de rellegir-ho alguna vegada per entendre una miqueta el problema dels neutrins solars… però ho faré 😉

  2. omalaled diu:

    Hmmmm, crec que m’he passat en aquest article …
    Però penso que si ho miras una mica més ho agafaràs tot. Segur 🙂

    Salut!

Els comentaris estan tancats.