Los neutrinos y la medición de la eternidad

Un experimento realizado bajo la montaña Gran Sasso, en Italia, ha logrado medir el tiempo más largo de un fenómeno natural
Entre las partículas de materia, los neutrinos son las partículas más ligeras de la naturaleza. Son tan livianas que aún no sabemos con certeza cuanto pesan. Para tener una idea de lo que significa liviano diremos que el electrón —partícula de materia que le sigue en masa— es medio millón de veces más pesado que la pequeña porción de realidad conocida como neutrino.

El neutrino es una partícula elemental. Forma parte de los seis leptones que, junto con los seis quarks forman todo lo que nos rodea. Existen tres tipos de neutrinos a los que se distingue como: neutrino del electrón, neutrino del muon y neutrino del tau. Un hecho curioso es que estas partículas se pueden convertir entre sí para volverse de uno u otro tipo en forma espontánea.

¿Partícula o antipartícula?

Mientras el electrón o los quarks tienen una carga eléctrica que permite distinguirlos de sus antipartículas por llevar la carga opuesta, los neutrinos son eléctricamente neutros. No es posible con base en la carga saber si se trata de la partícula o la antipartícula. La presunción de que los neutrinos son sus propias antipartículas sería confirmada si se llegase a observar un decaimiento radiactivo llamado “decaimiento doble beta sin neutrinos”.

La manera como actualmente se busca este extraño fenómeno desintegrativo es con el uso de elementos radiactivos. Como sabemos, la radiactividad es la emisión de partículas que, en el proceso, estabiliza al átomo.

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El neutrino es tan ligero que la siguiente partícula que le sigue en tamaño, el electrón, pesa medio millón de veces más | Foto: Especial

Algunos átomos emiten radiación alfa que está hecha de corpúsculos compuestos por dos protones y dos neutrones, otros emiten radiación beta que consiste de electrones, hay elementos que emiten radiación gamma hecha de fotones o luz y también existen elementos que emiten neutrones.

Cuando un elemento emite radiación beta, es decir, electrones, por lo común también aparecen neutrinos. Sin embargo, el proceso microscópico con la emisión de radiación beta sin neutrinos es posible, si bien esto nunca fue observado. El producto de este raro decaimiento aún por ser visto sería solo electrones.

Los hallazgos de XENON1T La razón por la que un decaimiento así no produce neutrinos es que, cuando estos apenas aparecen, son reabsorbidos. Pero la reabsorción es factible solo si el neutrino es su propia antipartícula. Observar el “decaimiento doble beta sin neutrinos” sería la confirmación de que los neutrinos son partículas y antipartículas al mismo tiempo. El decaimiento se ha buscado por mucho tiempo con grandes cantidades de material radiactivo. Los detectores esperan pacientes a que uno de los átomos produzca solo dos electrones sin más productos del decaimiento. Uno de los experimentos empeñados en este fenómeno es XENON1T que usa 3.2 toneladas de xenón líquido en una caverna bajo la montaña Gran Sasso. Se encuentra en Italia, a 120 kilómetros de Roma. Aunque aunque no ha detectado decaimientos sin neutrinos si pudo ver una desintegración con dos electrones, y dos neutrinos que también es poco común. Este experimento ha logrado medir el tiempo medio que le toma a un átomo producir este tipo específico de radiación y el resultado es asombroso.

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El proyecto XENON1T ha logrado medir el tiempo medio que le toma a un átomo producir este tipo específico de radiación | Foto: Tomada del Twitter de XENON1T Para los físicos el tiempo de vida medio es el tiempo que le toma a un grupo de átomos disminuirse a la mitad del conjunto inicial. Si por ejemplo se tiene 10 átomos inestables que, poco a poco van desintegrando, veremos cómo algunos decaen en pocos minutos cuando otros necesitan horas. Cuando la muestra se haya reducido a 5 átomos veremos cuánto demoró y eso es el tiempo de vida media. Pues bien, el experimento XENON1T determinó que el tiempo de vida para el decaimiento en dos electrones es de 20 000 000 000 000 000 000 000 años. Esto representa una duración que es un billón de veces la edad del Universo. Es el valor de tiempo medido más largo hasta ahora. Es la medición misma de la eternidad.