UFFF! Los neutrinos otra vez!

UFFF! Los neutrinos otra vez! Se acuerdan del escándalo de los neutrinos superluminicos que finalmente derivo de un error en las conexiones? Bueno, no contentos con esto, los cientificos de la CERN siguen experimentando con ellos para recontrarreprobarse que estas partículas viajan a "casi" la velocidad de la luz. Por debajo de ella pero muy cerca. Este experimento fue llevado a cabo por el detector de neutrinos Borexino que tiene el objetivo principal de estudiar los neutrinos expulsados por la reacción nuclear de nuestro astro, El Sol. Para que sirve esto? Algo así como para entender como funciona el sol y sus procesos de fusión nuclear. Recuerden que desde nuestro punto de vista, el sol es un reactor nuclear de fusión que nos abastece de energía "gratuita". Ha...muy interesante, pero primero… que es un neutrino? Por que joden tanto con la velocidad de la luz? Al margen, para aprender física hay que utilizar matemáticas como un martillo para un clavo; la física cuántica (mecánica cuántica), lleva la matemática a un estado abstracto absoluto en base a estadísticas y probabilidades de que un suceso pase. Así de que si se sigue adelante recuerden que todo esto son burdas analogías. No le echemos la culpa a los neutrinos por este descontrol. La naturaleza tiene su porque de ser. Todos los interesados conocemos el experimento del OPERA, en el cual se observó que la velocidad de los neutrinos sobrepasaba la velocidad de la luz. Este experimento se había corroborado con un sigma 6, una forma de medir la “confiabilidad de un experimento” (con 5 era suficiente para este). Que quiere decir?, y claro! Que hasta donde sabíamos, en teoría nada podría superar esta velocidad. Por qué? Bueno, esa pregunta se la han hecho muchas personas en 1887, cuando se obtuvieron los resultados de un experimento hecho por Michelson y Morley, llamado justamente experimento Michelson- Morley. En síntesis, consistía en afirmar experimentalmente como la luz se desplaza por medio del éter (como el sonido atreves del aire o cualquier medio material). Como resultado habría alguna diferencia de velocidad en la luz si me acerco a la fuente de luz, que si me alejo. Y por supuesto, esto no sucedió. Si me acerco a fuente de luz o si me alejo da igual, como observador la velocidad es siempre la misma. Casi 300.000 Km/s. La velocidad de la luz es el límite? No es que la luz limite la velocidad de todas las partículas, si no que la luz va al máximo de velocidad que el universo permite. Exactamente 299.792.458 m/s es la velocidad que se transmite la “información” en el vacío. Esta velocidad es una constante universal llamada c. Que quiere decir todo esto? En una dura analogía, si voy en un tren a 300.000Km/s y dentro del tren me desplazo a 10Km/s en dirección del tren, el observador que está sentado afuera en el andén me vera desplazarme igualmente a 300.000 Km/s, NO A LA SUMA DE AMBAS! No me mires así, yo no lo invente... Qué pasa si voy a la velocidad de la luz? Imagínense toda las consecuencias que trae un comportamiento como este. Bien, en teoría desde la fuente de luz hasta mi destino, sea cual fuere la distancia, digo 1mm o desde la estrella mas lejana hasta el planeta tierra, el tiempo que tardas en desplazarte es 0, instantáneo. Aburrido ser un fotón. Por otro lado, en 1904 un tal Lorentz introdujo, para explicar las inconsistencias que había entre el electromagnetismo y la mecánica clásica, unas ecuaciones que resolverían estas. Claro que no resultaron. Mas adelante los matematicos, Minkowski y Poincaré, encontraron como utilizar esta formulación; así Eistein, utilizando estas ecuaciones (transformada de Lorentz) explicaba cómo se transformaba el tiempo cuando era observado en distintos sistemas de referencia. La consecuencia mas perturbadora de esto es que yendo a la velocidad de la luz, el tiempo va mas lento para el viajero (aunque este ni se entere), inclusive de regreso parecerá mas joven que el que se queda en casa. Quizás algunos sepan esto y lo tomen con naturalidad, pero el que no lo sabía, seguro está mirando estas líneas por entrecejas (seee, este idiota al manicomio!)… y claro no es para menos, a estas escalas la física poco intuitiva. Por otro lado la teoría de la relatividad (que se despliega a partir del experimento de Michelson- Morley entre otros), predice que para acelerar una partícula con masa como un electrón o un neutrino a la c, necesito energía infinita. Si eso te parece loco, para acelerar más allá de la velocidad de la luz ¡necesito más que energía infinita! Y eso es como mucho, más que mucho, no es posible. Consecuencias de los neutrinos superluminicos? Bueno, hay que ser precavido antes de sacar conclusiones irracionales. En realidad la única consecuencia grave que trae es la confusión que nos genera. El universo sigue siendo el mismo antes y después cualquiera sea la medida de velocidad de los neutrinos. Interpretaciones es otra cosa. Una por ejemplo es que violaría lo que se denomina “causalidad”, que dice que todos los eventos dependen de otros anteriores. En una partida de ajedrez el jugador blanco con un rápido movimiento deja en jaque al rey negro, pero el movimiento del jugador blanco es tan rápido que supera estrechamente la velocidad de la luz. En consecuencia el jugador negro observa el suceso antes de que realmente ocurra. ¿?¿? Por otro lado para acelerar una partícula a la velocidad de la luz hace falta energía infinita, ahora sobrepasarla, como dije antes es más que imposible, aunque se han dado explicaciones teóricas de este hipotético efecto. Es más, hasta tendría una partícula asociada! Se le llaman Taquiones, y serian partículas superluminicas. Aunque hoy, no es más que una teoría. Si mido neutrinos superluminicos, podrian entonces ser Taquiones? No, o por lo menos las características de los neutrinos y su comportamiento en los experimentos que se llevan a cabo no lo demuestran. Entre otras cosas el taquion sería una partícula muy extraña. Una partícula cualquiera al aumentar su energía cinética aumenta su velocidad hasta llegar a c. Según la teoría de relatividad, las partículas superluminicas, cuando aumentan la energía cinética se acercan a c, pero lo hacen disminuyendo la velocidad! (ya que están por encima de la velocidad de la luz). El problema radica en que al aumentar la energía en los paquetes de neutrinos durante el experimento del OPERA no bajan de velocidad, es más, hasta crece un poco. En 1987, los físicos de todo el mundo vieron en directo la explosión de una supernova llamada 1987-A. En aquella ocasión, los neutrinos llegaron a la vez que la luz. La medición tuvo en aquel año una precisión 100.000 veces mayor que la tomada en el CERN. Ahora, que sabe la humanidad de los neutrinos? Allá por el 1930, estudiando un neutrón que andaba divagando libremente (generalmente los encontramos pegados a los protones en los núcleos de los átomos) se observo que este se desintegro en 15 minutos, esto quiere decir que cualquier neutrón que ande suelto por ahí, solo vivirá 15 minutos. Luego desaparecerá, pero no sin dejar rastros, este se convertirá cual mariposa, en 2 partículas: 1 protón y 1 electrón. Eso si, por conservación de energía, la suma de un protón mas 1 electrón debería de darme un neutrón no?, bueno, resulta que no. Y qué hacemos? Bueno el gran físico Enrico Fermi propuso: Qué tal si se está produciendo otra partícula que no estamos detectando? Entonces esta partícula se lleva la energía que falta. Cabe aclarar que después de un tiempo, se supo que lo descubierto por Fermi no era un neutrino, era una aberración peor, un antineutrino…otro día veremos. Otra partícula más a la lista: Y así fue como recién en 1958 se pudieron comprobar la existencia de esos neutrinos, y clasificarlo según sus características. Bueno, se sabe que pertenece a la familia de los leptones, algo así como primo de un electrón; estas partículas, como los electrones, tienen entre otras características el de ser elementales, o sea no están conformados por otras partículas, como sí los protones o neutrones. Y por otro lado, los leptones son fermiones, se le llama así a las partículas que no pueden ocupar con otra el mismo estado cuántico… ¿?¿?. Digamos que no pueden estar los 2 en el mismo lugar al mismo tiempo. Además lo peculiar de los leptones es que no reaccionan ante la fuerza nuclear fuerte, esa fuerza que se encarga de mantener unidos a los neutrones y los protones (como un pedazo de imán que se agarra de un trozo de hierro). No reacciona ante la fuerza electromagnética (no absorben ni emiten fotones), y eso es porque no tiene carga eléctrica. Por comparar la carga del electrón es “1” al igual que la del protón que también es 1, pero para las ecuaciones el electrón se utiliza como negativo. “-1” Tiene masa casi nula, diez mil veces más pequeña que la del electrón. Para que tengan una idea de su pequeñez, puede traspasar un cuerpo tan denso como el sol como si este fuera transparente, es más, se calcula que un neutrino tiene la probabilidad en un 50% de traspasar un bloque de plomo del tamaño de 1 año luz! Nada menos que 9.460.728.000.000 km de espesor. Voy a vomitar al baño y vuelvo. Interacciona con la fuerza nuclear débil (La interacción débil afecta a todo leptón), que es la encargada en la desintegración de partículas produciendo los efectos de radiación beta+. Por último interacciona con la fuerza de gravedad, que es más débil que la fuerza débil. Poco se sabe hoy en día de esta fuerza, más que forma parte las propiedades de la masa. Ojo esto no termina acá! Manzanas, entre otras variedades tenemos manzanas rojas, verdes y rome, por contar 3. A los neutrinos les sucede lo mismo, la diferencia es que no se le llama variedades, si no generaciones o sabores. Neutrino electrónico de 1º generación ve Neutrino muonico de 2º generación vu Neutrino tauonico de 3º generación vt Neutrino… por ahora solo hasta 3 Como llegamos a esto? Bien, es que cada neutrino está asociado a un leptón (esas partículas que no están compuestas por otras). Cuáles son esos leptones? La más conocida es el electrón, que ya conocemos, es el culpable de que yo este escribiendo todas estas sandeces a través de la computadora. Otro llamado muon, que es igual al electrón pero con un par de diferencias: el muon tiene 200 veces más masa que el electrón, y la otra es que no es estable, o sea que después de un tiempo se desintegra. Cuanto tiempo? 0.000002 segundos. Y por último el tauon, esta es como un megaelectron, ya que su masa 3500 veces más grande que él, casi el doble de masa que el protón. Claro, no esperen mucho de esa partícula ya que se desintegra en: 0.0000000000003 segundos!! …bue! Para darse una idea de esta dimensión temporal, hay un claro ejemplo que dice que dura el tiempo que tarda en atravesar la luz (300.000Km/s) el espesor de una hoja de árbol (algo como 0.5mm). Esto quiere decir que la diferencia de estas partículas es la masa, y que mientras más masa, más inestables Como se asocian? A través de las reacciones nucleares que tienen sus respectivos leptones. Diagramo: Electrón > reacción nuclear > neutrino electrónico Muon > reacción nuclear > neutrino muonico Tauon > reacción nuclear > neutrino tauonico Aclaro que la masa de los neutrinos es menor que la de sus correspondientes leptones. Bueno, podemos obtener un neutrino electrónico de la fusión nuclear del helio: si tengo 4 protones y mediante mucha, pero mucha fuerza los uno, obtengo que 2 de los protones quedan tal cual, los otros 2 se transforman en neutrones (2 protones + 2 neutrones tengo un lindo núcleo de helio) y como resultado emite: 1 neutrón + 1 positrón (o antielectrón como mas te guste llamarle) + 1 neutrino electrónico. Mareado? fíjate que es un positrón y terminas suicidándote. El neutrino muonico se crea a partir de los rayos cósmicos que ingresan a la tierra. Estos rayos, son protones pero de muy muy alta energía, que al chocar contra los átomos de la atmosfera se convierten (entre otros), en muones. Claro que a las velocidades en las que va un muon (un 90% de la velocidad de la luz), en sus 2 microsegundos de vida media la partícula tendría que recorrer 0,6 Km, no?. No! ya que por lo menos en nuestro universo, una partícula que se desplaza a casi a la velocidad de la luz sufre como vimos antes, dilatación temporal por los efectos relativistas, los muones recorren una veintena de kilómetros antes de desintegrarse. Si. Antes de que pierdas la cordura, te afirmo que el tiempo a velocidades cercanas a la luz se dilata, y eso está totalmente comprobado en, por ejemplo, casos como el de los muones, que en vez de desintegrarse a 600 mts desde la atmosfera, llegan hasta el suelo. Volviendo al tema de los neutrinos muonicos, cuando se desintegran se convierten en: 1 electron + 1 neutrino muonico + 1 antineutrino electrónico (sí, todas las partículas tienen su antítesis) Por último, tenemos el neutrino tauonico, este decae en todo tipo de partículas, la mayoría de las veces se desintegran dejando hadrones y algún neutrino Bien, para no complicar mas las cosas eso es todo... Igualmente tanto internet como bibliotecas, son buenos recursos para encontrar todo tipo de información sobre el asunto y mas. Estamos en una época de grandes descubrimientos tales como este, el cual crea tantas interrogantes. Hoy en día, se sigue tratando de confirmar si la velocidad de los neutrinos viola o no la relatividad, o simplemente, como al final de cuentas en su momento se supo, el problema podría sólo haber sido técnico, tan así como una mala conexión de un cable. ups?! Cuando hay algo que no encaja... Creo que esto va para rato, mientras tanto les dejo un link de Francis (th)E mule Science's News, página de divulgación científica en castellano, la cual recomiendo su lectura diaria. http://francisthemulenews.wordpress.com/2012/08/01/la-medida-de-la-velocidad-de-los-neutrinos-muonicos-en-el-experimento-borexino-de-gran-sasso/ Espero se hayan iluminado y divertido. Saludos!