Neutrinos, simetrías de sabor y dimensiones

Por Amelia Gutiérrez Solís

Colima, Colima. 4 de mayo de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- El doctor en física por el College of William and Mary, Alfredo Aranda Fernández, nivel III en el Sistema Nacional de Investigadores (SNI), desarrolla la investigación Neutrinos, simetrías de sabor y dimensiones, con el auspicio del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) a través de la convocatoria de Investigación en Ciencias Básicas 2015.

El coordinador general de Investigación Científica de la Universidad de Colima (Ucol) señaló que sus investigaciones están enfocadas en la física de partículas, a la que también se le conoce como física de altas energías.

“Es un área de la ciencia que está tratando de responder cómo funciona la naturaleza desde el punto de vista más fundamental, buscando las leyes a partir de las cuales se genera el universo que vemos”, expresó el físico teórico originario de Chihuahua.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Cuál es la importancia de las partículas y de los neutrinos?

Alfredo Aranda Fernández (AAF): Desde hace mucho tiempo nos dimos cuenta que toda la materia que observamos en el universo está conformada de unos cuantos “ingredientes” a los que llamamos partículas.

Los neutrinos forman parte de estos “ingredientes” y su nombre tiene que ver con neutral, pensando en cargas eléctricas, es decir, no tiene carga como el neutrón, pero a diferencia del neutrón, es muy pequeño y no pesa casi nada. Entonces en italiano el sufijo ino es como en el español el sufijo ito, que se refiere a chiquito o pequeñito.

Estas partículas son muy interesantes; se postuló su existencia desde la década de los treinta en el siglo pasado, pero hasta los cincuenta se confirmó que existían y son muy importantes por varias razones. Una de estas es que están presentes en todo lo que tenga que ver con reacciones nucleares, por ejemplo con nuestro sol, que fue en donde se encontró este tipo de partículas.

Los neutrinos están presentes en todo lo relacionado con transmutación de elementos. Sin embargo, con el tiempo nos hemos dado cuenta que tienen diversas propiedades porque prácticamente en cualquier área de la física fundamental vuelven a aparecer con una diferente contribución.

AIC: ¿Cuáles son estas contribuciones?

AAF: Su primera fue explicar por qué el sol está vivo, que era un problema muy serio, es decir, los investigadores desde hace muchos años tenían una estimación de la masa del sol y sabían de qué estaba hecho, pero no entendían cómo producía la energía. Aunque al entender las reacciones nucleares, en donde están presentes los neutrinos, se dieron cuenta cómo funcionaba el sol.

Los neutrinos son las partículas más abundantes de la materia que hay en el universo, que casi no interaccionan con nada y que son pequeñas y neutras.

Nosotros estamos hechos de partículas como protones, neutrones, átomos, moléculas y células, que son partículas que se conglomeraron, y constantemente estamos siendo bombardeados por partículas libres que vienen del espacio o de la misma Tierra; la misma luz es una partícula.

Pero para los neutrinos es como si no existiéramos porque nos atraviesan como si nada. La probabilidad de que un neutrino le pegue a uno de nuestros protones es mínima; sin embargo, de vez en cuando sucede, así es como los descubrimos. Por ejemplo, en una uña de una mano, más o menos un centímetro cuadrado, cada segundo pasan 100 mil millones de neutrinos que vienen del sol.

En un cuerpo de agua, como una alberca, al año podemos registrar con tecnología como unos 400 choques de neutrinos con protones. Este laboratorio existe en Japón, adentro de una montaña que se llama Observatorio Kamioka y el experimento en un principio se llamó Kamiokande, luego Super-Kamiokande y en la actualidad se está desarrollando el proyecto Hyper-Kamiokande.

No es suficiente nada más verlos. Esos los vimos desde los cincuenta, sino ahora las investigaciones buscan determinar cómo son los neutrinos, qué hacen, qué propiedades tienen en la expansión del universo y cómo influyen en la vida de las estrellas.

Yo no hago los experimentos. En la física de partículas, los experimentos ya son muy sofisticados y la teoría es todo el formalismo matemático y de las leyes que utilizamos para describir lo que sucede y entender el universo. Como teórico, mi trabajo consiste en entender algunas de las propiedades de los neutrinos, que son un misterio al igual que otras partículas.

AIC: ¿En qué consiste el proyecto de investigación Neutrinos, simetrías de sabor y dimensiones?

AAF: Es continuación de trabajos previos, en el que estamos tratando de describir algunas de las características de los neutrinos. En Estados Unidos hay varios experimentos de neutrinos y hay uno en particular llamado Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE, por sus siglas en inglés) y nosotros en la Universidad de Colima estamos participando en este proyecto que se está diseñando en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab).

Dr. Alfredo Aranda Fernández.El Fermilab usará su acelerador para producir un chorro de neutrinos que van a atravesar la Tierra y como mil 300 kilómetros después habrá unos detectores en una mina en Sanford y estamos un equipo aproximado de 900 personas haciendo estudios para diseñar tecnologías que nos ayuden a observar las propiedades de los neutrinos. Es un experimento del futuro muy importante que esperemos empiece a proporcionar datos en unos 10 o 15 años.  

Entonces mi proyecto que apoyó el Conacyt se va a integrar o pretende integrarse dentro de esta gran empresa. Los neutrinos nos han enseñado mucho sobre procesos fundamentales en el universo porque tienen un rol en el fenómeno de la expansión del cosmos y además tienen todavía muchos misterios, que estamos tratando de develar.

AIC: ¿Cuándo inició el apoyo del Conacyt?

AAF: En septiembre de 2016, y es durante tres años porque es un proyecto de mucho alcance. Cuando uno estudia los neutrinos, estos son preponderantes en la problemática, pero no solo estudiamos los neutrinos, sino todo el conglomerado que interacciona con ellos. Por eso, desde hace diez años, con apoyos del Conacyt, hemos tenido un programa de estudio de todas las partículas que forman la materia para tratar de entender algunos de los patrones que observamos.

Nosotros estamos enfocados en la teoría de grupos, es un término de matemáticas, que estudia las simetrías, lo que podría en un principio explicar los patrones en las masas de las partículas y sus relaciones. 

Descargar fotografías.

Ver texto en pdf.

 

Esta obra cuyo autor es Agencia Informativa Conacyt está bajo una licencia de Reconocimiento 4.0 Internacional de Creative Commons.