LA SORPRESA DEL NEUTRÓN

Uno de los grandes alicientes de la ciencia es que a veces incluso fenómenos bien conocidos nos dan sorpresas. Por ejemplo, hace casi sesenta años que los científicos conocen una partícula subatómica llamada neutrón, que ha sido estudiada a fondo. Parecía que ya no había nada nuevo a descubrir acerca del neutrón, pero ya lo creo que había. Recientemente los científicos han tenido que revisar sus concepciones acerca del tiempo que puede existir aislado el neutrón.

El neutrón es una de las dos clases de partículas presentes en los núcleos atómicos. La otra partícula es el protón. Cuando los neutrones están asociados con protones en los núcleos, son estables. Pueden durar indefinidamente, mientras dure el universo.

En cambio, si el neutrón existe aislado, fuera del núcleo, no es estable. Más pronto o más tarde se desintegra dando un protón, un electrón y un antineutrino. No es posible saber cuánto puede durar un neutrón aislado sin desintegrarse. Puede ser un segundo, o puede ser un día; es cuestión de suerte.

Sin embargo, si se considera un gran número de neutrones es posible determinar el tiempo que pasará antes de que se desintegren la mitad de ellos. Es lo que se llama «vida media del neutrón». Hacia 1950 se calculó que la vida media del neutrón era de 12,5 minutos. Esto significa que si se empieza con un billón de neutrones, la mitad de ellos se desintegrará en 12,5 minutos; la mitad de los que sobrevivan lo harán en otros 12,5 minutos, y así sucesivamente hasta que desaparezcan todos.

Hay otros muchos tipos de partículas subatómicas inestables, pero el neutrón es excepcional. Otras partículas inestables tienen una vida de sólo una millonésima de segundo o menos antes de desintegrarse. Únicamente el neutrón dura un tiempo tan largo como 12,5 minutos.

Para los científicos, esto es un inconveniente. Si una partícula se desintegra en una pequeña fracción de segundo, apenas tiene tiempo de moverse. Por muy deprisa que vaya, los científicos pueden determinar sus movimientos y el instante de su desintegración. Pero el neutrón se mueve generalmente con mucha rapidez al salir de un núcleo, y viaja muchos kilómetros antes de desintegrarse. Los científicos sólo pueden observarlo durante una pequeña porción de su trayecto y deben calcular la vida media del neutrón basándose en las pocas rupturas que pueden captar.

Además, el neutrón carece de carga eléctrica, y los científicos sólo pueden seguir a las partículas móviles que la tengan.

La manera en que pueden saber que un neutrón existe es observando cómo expulsa electrones cargados eléctricamente de los átomos que atraviesa. Entonces puede determinarse cómo se rompen los neutrones observando la reducción que producen en el número de electrones. Pero los electrones salen a velocidades diferentes, y los que se mueven muy despacio o muy deprisa pueden ser pasados por alto.

Recientemente los científicos han inventado métodos para frenar los neutrones y atraparlos dentro de un campo magnético. Entonces se les puede observar cómodamente, por decirlo así, y seguir más exactamente las desintegraciones.

Y aquí es donde surge la sorpresa. Parece que la vida media de los neutrones no es de 12,5 minutos sino sólo de unos 10,1 minutos. El neutrón se desintegra un 19 por ciento más deprisa de lo que se creía.

¿Tiene esto alguna importancia? ¿Sirve de algo además de cambiar una cifra en los libros de texto? Pues sí, en realidad tiene importancia porque nos dice algo acerca del origen del universo.

Actualmente se cree que el universo empezó con el big bang. Empezó con una pequeña región que contenía toda la masa del universo a una temperatura enormemente elevada.

Dicha región se expandió en una tremenda explosión y descendió la temperatura. En unos segundos la temperatura se redujo hasta el punto en que se formaron los protones y los neutrones, y en pocos minutos más bajó hasta el punto en que pudieron combinarse los protones y los neutrones para formar los núcleos atómicos.

Por sí solo, un protón es un núcleo de hidrógeno; pero si se combinan dos protones y dos neutrones forman un núcleo de helio. Después del big bang sólo se formaron hidrógeno y helio. Más tarde se formaron átomos más complicados en el centro de las estrellas, pero sólo en pequeñas cantidades.

Todavía hoy en día, el 99 por ciento del universo está constituido por hidrógeno y helio.

Desde luego los neutrones empezaron a romperse después de haberse formado, de manera que la cantidad de helio que se formó dependió del tiempo que habían permanecido intactos los neutrones. Suponiendo una vida media del neutrón de 12,5 minutos, los astrónomos calcularon el helio que debería existir ahora en el universo. Entonces estudiaron el contenido en helio de las cálidas y resplandecientes nubes de materia en el espacio. Partiendo de éstos y otros datos, pareció que la cantidad de helio realmente presente en el universo era menos que la que se había calculado a base de la teoría del big bang.

Esto representaba un fallo importante de esta teoría.

Pero si tenemos en cuenta la nueva vida media más corta del neutrón, la cantidad de helio que se habría formado, de acuerdo con la teoría, coincide con la cantidad de helio observada, y esto refuerza la teoría del big bang.