LAS DOS NADAS

El Premio Nóbel de Física de 1988 fue otorgado a tres americanos, León Lederman, Melvin Schwartz y Jack Steinberger, por sus trabajos con partículas subatómicas que se acercan a la nada hasta el máximo de lo posible.

Estas partículas reciben el nombre de «neutrinos». No tienen masa. No tienen carga eléctrica. Son tan indiferentes a la materia que pueden pasar a través de un billón de kilómetros de plomo sólido y sólo unas pocas serán detenidas. Los físicos premiados trabajaron con estas partículas de nada a principios de los años sesenta.

Estaban interesados en la interacción débil, una de las cuatro maneras en que las partículas pueden interactuar. La interacción gravitatoria mantiene unido el universo; la interacción fuerte mantiene unidos los núcleos atómicos; la interacción electromagnética mantiene unidos los átomos y las moléculas, y la interacción débil permite que algunos núcleos se rompan.

Era muy difícil estudiar la interacción débil, y Melvin Schwartz pensó que la manera de hacerlo era empleando haces de neutrinos. Los neutrinos sólo son afectados por la interacción débil. Esta es la principal razón de que puedan pasar a través de la materia ordinaria como si ésta no existiese.

Pero ¿cómo se forma un haz de neutrinos? Una manera es empezando con un haz de protones, que tienen masa y carga eléctrica y pueden ser fácilmente acelerados hasta altas energías. Si se hace chocar un haz de protones contra materia, produce una espesa lluvia de partículas energéticas. Entre estas partículas están los «piones», que se desintegran rápidamente en otro tipo de partículas llamadas «muones», y en neutrinos.

Lederman, Schwartz y Steinberger trabajaron conjuntamente con estos haces. Dejaron que la lluvia de partículas cayese sobre planchas de acero que habían conseguido de un acorazado que estaba siendo desmantelado. Amontonaron las planchas hasta formar un grueso de diez metros. Detuvieron todas las partículas, menos los neutrinos. Al otro lado de las planchas, los investigadores obtuvieron un haz constituido sólo por neutrinos.

Para que los investigadores pudiesen utilizar este haz de neutrinos y deducir los detalles de cómo funcionaba la interacción débil, los neutrinos tenían que ser absorbidos por la materia y producir cambios en ella. Ahora bien, los neutrinos atraviesan la materia, pero no siempre. En un haz de billones de neutrinos, la mayoría de ellos pasan a través de la materia, pero unas cuantas docenas quedan detenidos.

Debido a esto es posible estudiar los propios neutrinos. Lo primero que hemos de saber es en qué se diferencian, si se diferencian, los distintos tipos de neutrinos.

Los neutrinos se forman de dos maneras. Siempre que se forma un muon a partir de un pión, se forma también un neutrino. Cuando se forma un electrón a partir de un muon, se forma otro neutrino. Hay por tanto dos neutrinos: el «neutrino muónico», que acompaña a la formación del muon, y el «neutrino electrónico», que acompaña a la formación del electrón.

El muon es idéntico al electrón en todo lo que sabemos de el, salvo en una cosa. El muon tiene una masa aproximadamente doscientas veces mayor que la del electrón; es un «electrón pesado». En cambio no había tanta diferencia entre el neutrino muónico y el neutrino electrónico. Ambos eran exactamente iguales en todas las medidas que podían tomar los físicos. ¿Significaba esto que en realidad eran partículas idénticas?

Los tres físicos intentaron resolver esta cuestión mediante lo que ahora se llama «experimento de los dos neutrinos», empleando los haces de neutrinos que habían aprendido a producir. Los haces de neutrinos se componían de neutrinos muónicos, pues habían sido formados junto con muones.

Ahora bien, cuando estos neutrinos fuesen absorbidos por la materia, tenían que formar muones.

Si los neutrinos muónicos eran partículas separadas, distintas de los neutrinos electrónicos, sólo deberían producirse muones. Por otra parte, si los neutrinos muónicos y los neutrinos electrónicos eran la misma partícula, el haz de neutrinos debería producir electrones y muones, probablemente en cantidades iguales.

Durante ocho meses, Lederman, Schwartz y Steinberger estuvieron bombardeando materia con haces de neutrinos.

Cientos de miles de millones de neutrinos muónicos chocaron contra la materia, pero en aquellos ocho meses sólo fueron detenidos cincuenta neutrinos. Cada uno de ellos produjo un muon.

Esto evidenció que los neutrinos muónicos y los neutrinos electrónicos eran partículas diferentes y distintas, pero ni siquiera hoy saben exactamente los físicos qué es lo que hace que sean diferentes. Todas sus propiedades susceptibles de ser medidas parecen idénticas; pero aunque los científicos no puedan distinguirlos, en cambio pueden hacerlo otras partículas subatómicas. Esto significa que hay dos nadas, dos nadas diferentes.

De hecho todavía hay algo peor, pues unos doce años después del experimento de los dos neutrinos, hubo que tener en cuenta un tercer neutrino, un «neutrino tauónico». Posiblemente éste es diferente de los otros dos, con lo que nos hallamos ante tres nadas que se diferencian de alguna manera que no podemos detectar.

Sin embargo, esta diferencia no detectable es importante en la formulación de sutiles teorías sobre la estructura básica de la materia. El experimento de los dos neutrinos bien valía un Premio Nóbel.